JSN-SR20-Y1 (3.0) vízálló ultrahang távolságmérő [két mérőfej; 2-500cm]

Leírás

Tartály, akna vagy kültéri mérőpont fölött gyakran az a gond, hogy a hagyományos nyitott ultrahangos érzékelő nem szereti a nedvességet, az egyfejes vízálló változatok pedig túl közel már elveszítik a célt. A JSN-SR20-Y1 (3.0) vízálló ultrahang távolságmérő [két mérőfej; 2-500 cm] két külön ultrahangfejjel dolgozik, és a megadott mérési tartománya már 2 cm-nél kezdődik.

A két fej kábelen csatlakozik a vezérlőpanelhez, így a mérési pont és az elektronika fizikailag külön helyre kerülhet. A szenzor 40 kHz-es ultrahanggal mér, legfeljebb 500 cm távolságig. A hosszabb tartományra megadott pontosság ±1 cm, a felbontás körülbelül 3 mm.

A működés alapja ismerős lehet a HC-SR04 környékéről: triggerjelet kap, ultrahangcsomagot küld, majd az Echo jel időtartamából számítható a távolság. Ennél a típusnál viszont legalább 20 µs-os triggerimpulzussal kell számolni. Ez apró különbségnek látszik, de egy 10 µs-ra írt régi rutin miatt könnyen már a program elején félremehet a mérés.

A mérőfejek nedves, fröccsenő vízzel terhelt környezetben használhatók. Víz alá meríteni őket nem szabad.

Mit jelent a két mérőfej a gyakorlatban?

A klasszikus vízálló ultrahangos érzékelők között sok olyan van, ahol ugyanaz a fej küld és fogad. Adás után idő kell, amíg a rendszer “elcsendesedik”, ezért közvetlenül a szenzor előtt kialakulhat egy nagyobb holttér.

A JSN-SR20-Y1 (3.0) vízálló ultrahang távolságmérő [két mérőfej; 2-500 cm] külön adó- és vevőfejjel épül, ezért a dokumentált minimum 2 cm. Ez jól jön akkor, amikor egy tartály majdnem tele lehet, egy robot közel kerülhet a falhoz, vagy egy mechanika mozgását rövidebb távolságon kell figyelni.

A másik oldal a 60 fok körüli mérési szög. Az érzékelő nem csak egy keskeny pontot “néz”. Szűk tartályban a fal, egy belógó cső vagy merevítő is visszhangot adhat. A mérőfejek elhelyezése ezért legalább annyira számít, mint maga a program.

Bekötés és első mérés

Alap PWM módban négy kapcsolat kell a vezérlőhöz: VCC, GND, Trig és Echo. A Trig láb vezérelt módokban RX szerepet is kaphat, az Echo pedig TX-ként működhet a soros üzemmódokban. A tápfeszültség a panelnél 3,0-5,5 V. A fogyasztás legfeljebb 8 mA, tehát maga az elektronika kis terhelés, a táp stabilitása ettől még fontos a pontos időméréshez.

PWM módban legalább 20 µs hosszú HIGH impulzust adj a Trig bemenetre. A panel ezután nyolc 40 kHz-es ultrahangciklust küld ki, majd várja a visszhangot. Az Echo HIGH ideje arányos a mért távolsággal. A pontos típusdokumentum a következő közelítést adja:

távolság cm-ben = Echo idő µs-ban / 57,5

Két indítás között hagyj legalább 50 ms időt. Ha túl gyorsan mérsz újra, az előző ultrahang visszaverődése még jelen lehet a környezetben, és a következő mérés már azt is felveheti.

Ha 3,3 V-os ESP32, Raspberry Pi vagy más 3,3 V-os GPIO fogadja az Echo/TX jelet, 5 V-os szenzortáp mellett ne indulj ki automatikusan abból, hogy a kimenet biztosan 3,3 V-os. Ilyen bekötésnél a biztonságos megoldás megfelelő jelszintillesztés.

Soros üzemmódok

A JSN-SR20-Y1 (3.0) vízálló ultrahang távolságmérő [két mérőfej; 2-500 cm] UART kimenettel is használható a megfelelő üzemmódban. Ez akkor kényelmes, ha a vezérlőnek nem szeretnél mikrosekundumos Echo impulzust mérnie.

Automatikus UART módban a szenzor körülbelül 100 ms-onként végez mérést és kiadja az eredményt a TX vonalon.

Vezérelt UART módban a kommunikáció 9600 bit/s, 8N1. A vezérlő 0x55 parancsot küld az RX lábra, a szenzor pedig egy négybájtos válaszban adja vissza a távolságot. A mért érték egysége milliméter. Ebben a módban az indítások között 60 ms-nál hosszabb ciklus szükséges.

A JSN-SR20-Y1 család további automatikus PWM, alacsony fogyasztású és küszöbkapcsoló módot is dokumentál. A kiválasztás a MODE ellenálláshely/forrponttal lehetséges.

Hol jön jól?

• Tartály folyadékszintjének érintésmentes mérésénél, amikor a szenzor a folyadék fölött marad.
• Esővízgyűjtő vagy akna szintfigyelésénél, ahol párás, nedves környezet fordul elő.
• Roboton vagy mobil szerkezeten közeli akadály érzékeléséhez, amikor a 2 cm-es minimum hasznos.
• Garázsban vagy parkolóhelyen tárgy- és járműtávolság figyelésére.
• Anyagtároló, rekesz vagy láda töltöttségi szintjének becslésére.
• Mozgó mechanika véghelyzet előtti távolságának érintésmentes megfigyelésére.
• Arduino vagy ESP32 adatgyűjtőben, ahol PWM vagy UART formában szeretnéd megkapni a távolságot.
• Kültéri mérési ponton, ahol a nyitott HC-SR04 jellegű mérőfejek védelme nem elegendő.

Mire kell figyelni beüzemeléskor?

Vásárlás előtt ezeket nézd meg

A 2 cm-es közeli határ akkor számít igazán, ha a mérendő felület közel kerülhet a szenzorhoz. Tartálynál ez azt jelenti, hogy magasabb töltöttségi szintnél is maradhat mérési tartalék. Ha a legkisebb várható távolság 20-30 cm fölött van, egy egyfejes vízálló ultrahangos változat is elegendő lehet.

Az 500 cm a megadott felső mérési határ, de ezt nem szabad garantált 5 méteres mérésként értelmezni minden tárgyra. A pontos dokumentum nagy, lehetőleg sík célfelületet kér, és legalább 0,5 m²-es területet nevez meg. Kis cső, vékony oszlop, textil vagy erősen ferde felület sokkal gyengébb visszhangot adhat.

A 60 fokos mérési szög keskeny tartályban nagyobb gondot okozhat, mint maga a hatótávolság. Ha a szenzort egy hosszú, szűk cső tetejére szeretnéd tenni, előbb a geometria alapján nézd meg, hogy a hangkúp mikor éri el az oldalfalat.

A vízálló kialakítás sem jelent víz alatti működést. Ha a mérőfej rendszeresen elmerülhet, más mérési elvet vagy kifejezetten meríthető érzékelőt keress.

Mikor válassz más megoldást?

• Ha a mérőfejnek tartósan víz alatt kell dolgoznia, meríthető szenzor szükséges.
• Ha keskeny csőben vagy nagyon szűk tartályban kell mérni, a 60 fokos ultrahangos kúp miatt keskenyebb látómezejű érzékelő lehet célszerűbb.
• Ha néhány milliméteres abszolút pontosságot vársz változó hőmérsékleten, külön hőmérséklet-kompenzált mérőrendszerre lehet szükség.
• Ha nagyon kicsi, puha vagy ferde felület távolságát kell mérni, optikai vagy más elvű távolságérzékelő jobb eredményt adhat.
• Ha vízszintet zárt, gőzös vagy habzó tartályban kell mérni, az ultrahang visszaverődése bizonytalanná válhat.
• Ha a 2 cm-es közeli mérésre nincs szükség, egyszerűbb egyfejes vízálló ultrahangos modul is elegendő lehet.

Műhelytipp

Első beüzemeléshez tegyél a mérőfejek elé egy nagy, sík lapot körülbelül fél-egy méterre. Ilyenkor a visszhang geometriai helyzete jól értelmezhető, és előbb a bekötést, a 20 µs-os triggerjelet meg az Echo időmérését lehet rendbe tenni.

Tartályba csak ezután kerüljön. Ott már az oldalfal, a csövek és a folyadékfelszín is beleszól a visszaverődésbe. Ha a műhelyasztalon jó a mérés, a tartályban pedig ugrál, a mechanikai elhelyezés és a 60 fokos hangkúp vizsgálata hamarabb vezet eredményre, mint a program teljes újraírása.

Műszaki jellemzők

Felmerülő és gyakori kérdések

Tényleg mér 2 cm-ről a JSN-SR20-Y1 (3.0) vízálló ultrahang távolságmérő [két mérőfej; 2-500 cm]?

A pontos JSN-SR20-Y1 dokumentum 2 cm-es legkisebb mérési távolságot ad meg. Ez az egyik fő különbség sok egyfejes vízálló ultrahangos érzékelőhöz képest.

Használható Arduino-val?

Igen. PWM Trig/Echo módban vagy megfelelő UART üzemmódban is illeszthető. PWM módban legalább 20 µs-os triggerimpulzussal számolj.

ESP32 mellé közvetlenül köthető?

A tápellátás 3,0-5,5 V tartományú. Az Echo/TX kimenet pontos HIGH feszültsége 5 V-os szenzortáp mellett 3.3V, ezért a bemenet felé biztonságos jelszintillesztés szükséges.

Vízbe meríthető a két mérőfej?

Nem. Nedves és fröccsenő vízzel terhelt környezetben használható kialakítás, víz alatti működésre nincs engedélyezve.

Miért kell 20 µs-os trigger, ha a HC-SR04-nél gyakran 10 µs szerepel?

A pontos JSN-SR20-Y1 dokumentáció legalább 20 µs-os HIGH triggerjelet ír elő. Emiatt a HC-SR04 kódját nem célszerű ellenőrzés nélkül változatlanul átvenni.

Használható víztartály szintmérésére?

Igen, ha a mérőfejek a víz fölött maradnak és a geometria megfelelő. A körülbelül 60 fokos mérési kúp miatt keskeny tartályban az oldalfal is visszaverheti a hangot.

Dokumentáció

• NewPing eljáráskönyvtár (Arduino)
• A modul az 1.6.4 vagy újabb Arduino esetén a beépített SR-04 eljáráskönyvtárakkal is működik.
• JSN SR04-Y1 beállítási módok

Csomag

• 2 db mérőfej
• 1 db vezérlőpanel