Ein Arduino-Sonarsensor, normalerweise ein Ultraschallsensor wie der HC-SR04, sendet Ultraschallwellen aus und misst die Zeit, die die Wellen benötigen, um nach dem Auftreffen auf ein Objekt zurückzuprallen. Der Sensor besteht aus einem Ultraschallsender und -empfänger. Der Sender sendet Ultraschallwellen mit einer bestimmten Frequenz (normalerweise etwa 40 kHz) aus. Diese Wellen bewegen sich durch die Luft, bis sie auf ein Objekt treffen. Beim Auftreffen auf das Objekt werden die Wellen zum Sensor zurückreflektiert. Der Empfänger erkennt die reflektierten Wellen und misst die Verzögerung zwischen Senden und Empfangen. Anhand der Schallgeschwindigkeit in der Luft (etwa 343 Meter pro Sekunde bei Raumtemperatur) berechnet der Arduino die Entfernung zum Objekt anhand der Zeit, die die Ultraschallwellen für den Hin- und Rückweg benötigen.
Das Funktionsprinzip eines Sonarsensors basiert auf der von Fledermäusen und Delfinen verwendeten Echoschema-Technik. Dabei werden Schallwellen (oder Impulse) in ein Medium wie Luft oder Wasser ausgesendet und reflektierte Wellen von Objekten in diesem Medium erfasst. Bei Ultraschall-Sonarsensoren werden hochfrequente Schallwellen ausgesendet und deren Reflexionen analysiert, um die Entfernung zu Objekten zu bestimmen. Durch die Messung des Zeitintervalls zwischen der Aussendung und dem Empfang von Ultraschallwellen berechnet der Sensor die Entfernung anhand der Formel: Entfernung = (Schallgeschwindigkeit × Verzögerung) / 2. Dieses Prinzip ermöglicht es Sonarsensoren, Entfernungen genau zu messen und Hindernisse in verschiedenen Anwendungen zu erkennen. Einschließlich Robotik, Automatisierung und Navigationssysteme.
Ein Sonardetektor sendet kontinuierlich Schallwellen (normalerweise Ultraschall) aus und erkennt die reflektierten Wellen von Objekten in seinem Weg. Unabhängig davon, ob er in Unterwasser-Sonarsystemen oder in der Luft eingesetzt wird, sendet der Detektor in regelmäßigen Abständen Schallimpulse. Wenn diese Impulse auf ein Objekt treffen, werden sie zum Detektor zurückgeworfen. Durch die Messung der Verzögerung zwischen dem Senden des Impulses und dem Empfang seines Echos kann der Detektor anhand der Schallgeschwindigkeit im Medium die Entfernung zum Objekt bestimmen. Dieses Prinzip ist für verschiedene Sonaranwendungen von grundlegender Bedeutung, darunter Tiefenmessung, Navigation, Fischfinder und Objekterkennung in autonomen Systemen.
Arduino misst den Ultraschallabstand mithilfe eines Ultraschallsensormoduls wie dem HC-SR04. Der Arduino sendet einen kurzen Impuls, um den Ultraschallsender am Sensor auszulösen, der dann einen Ultraschallwellenstoß aussendet. Diese Wellen breiten sich durch die Luft aus und prallen an allen Hindernissen auf ihrem Weg ab. Der Sensorempfänger erfasst das Echo der reflektierten Wellen. Arduino misst mithilfe seines integrierten Timers das Zeitintervall zwischen dem Senden des Triggerimpulses und dem Empfang des Echoimpulses. Anhand der Schallgeschwindigkeit in der Luft (ca. 343 Meter pro Sekunde bei Raumtemperatur) berechnet Arduino die Entfernung zum Objekt, indem es das Zeitintervall halbiert (da sich der Schall auf das Objekt und zurück ausbreitet). Diese Distanzmessung wird dann verarbeitet und für verschiedene Anwendungen wie Hindernisvermeidung, Distanzerkennung und Navigation in Arduino-basierten Projekten verwendet.
Arduino arbeitet mit Sensoren, indem es diese über seine digitalen und analogen Ein-/Ausgangspins oder über spezielle Kommunikationsprotokolle wie I2C oder SPI verbindet. Die Sensoren liefern Informationen über ihre Umgebung, wie Temperatur, Entfernung, Lichtintensität oder Bewegung, die Arduino über seine Pins ausliest. Arduino verarbeitet diese Daten mithilfe seiner Programmierlogik, um basierend auf Sensoreingaben Entscheidungen zu treffen oder Aktionen auszuführen. Beispielsweise sendet ein Ultraschallsensor Messungen aus der Ferne an Arduino, das diese Informationen dann verwendet, um die Bewegung eines Roboters zu steuern, Alarme auszulösen oder Informationen auf einem Bildschirm anzuzeigen. Aufgrund seiner Flexibilität und einfachen Programmierbarkeit ist Arduino für die Integration verschiedener Sensoren in elektronische Projekte für Bastler, Studenten und Profis beliebt.