Ứng dụng cảm biến siêu âm HC SR04, so sánh với cảm biến siêu âm OMRON

Cảm biến siêu âm HC-SR04 là lựa chọn phổ biến cho các dự án DIY và giáo dục nhờ giá thành thấp và dễ tích hợp với vi điều khiển như Arduino. Nó dụng để đo khoảng cách và phát hiện vật cản trong các ứng dụng như robot tự động, xe tự hành và hệ thống an ninh. Tuy nhiên so với cảm biến siêu âm OMRON thì độ chính xác và độ bền kém hơn nhiều. Cảm biến siêu âm OMRON thiết kế cho các ứng dụng công nghiệp, lại có độ chính xác và độ bền cao hơn, phù hợp cho các môi trường khắc nghiệt và yêu cầu hoạt động ổn định. Do đó, việc lựa chọn giữa HC-SR04 và cảm biến Omron phụ thuộc vào nhu cầu cụ thể và môi trường sử dụng. Trong bài viết dưới đây, Bảo An sẽ giúp các bạn hiểu được về cảm biến siêu âm HC-SR04 cũng như so sánh với các loại cảm biến siêu âm OMRON. 

Cảm biến siêu âm HC-SR04 là cảm biến siêu âm dùng để đo khoảng cách đến vật cản bằng cách phát và thu sóng siêu âm. Nó tính toán khoảng cách dựa trên thời gian phản hồi của sóng âm và thường được sử dụng trong các dự án DIY, robot tránh vật cản, và hệ thống đo mức nước do chi phí thấp và dễ tích hợp với các vi điều khiển như Arduino.

Cấu tạo của cảm biến siêu âm HC-SR04 bao gồm các bộ phận chính như sau:
- Bộ phát sóng siêu âm (Transmitter): Đây là một bộ chuyển đổi, thường là một loa phát sóng siêu âm với tần số khoảng 40 kHz.
- Bộ thu sóng siêu âm (Receiver): Là một microphone siêu âm, dùng để nhận sóng siêu âm phản hồi từ vật thể.
- Mạch xử lý tín hiệu: Mạch này bao gồm các thành phần điện tử để xử lý tín hiệu phát và thu, tính toán khoảng thời gian sóng âm truyền đi và phản xạ về để đo khoảng cách.
- Chân kết nối (Pins):
+ VCC: Chân cấp nguồn (thường là 5V).
+ Trig: Chân kích hoạt để bắt đầu quá trình phát sóng siêu âm.
+ Echo: Chân nhận tín hiệu phản hồi, tín hiệu này cho biết khoảng thời gian sóng âm đi và về.
+ GND: Chân nối đất.

Cảm biến siêu âm HC-SR04 có các thông số kỹ thuật chính như sau:
- Điện áp: 3.3 ~ 5 VDC
- Dòng điện tiêu thụ: 15 mA
- Khoảng cách phát hiện vật: 2cm ~ 400cm ± 3mm
- Tần số hoạt động: 40KHz
- Góc quét: 15^o
- Kích thước: 45mm x 20mm x 1 mm
- Trọng lượng: 8 gam
- Nhiệt độ hoạt động: -15°C đến +70°C

- Nguyên lý cảm biến siêu âm HC-SR04 dựa trên nguyên lý phản xạ sóng siêu âm. Nguyên lý cảm biến siêu âm HC-SR04 cụ thể như sau:
Đầu tiên bộ phát sóng siêu âm (Transmitter) của cảm biến HC-SR04 sẽ phát ra 1 sóng siêu âm với tần số 40kHz. Nếu có chướng ngại vật trên đường đi, sóng siêu âm sẽ phản xạ  lại và tác động lên bộ thu sóng siêu âm (Receiver). Bằng cách đo thời gian từ lúc phát đến lúc nhận sóng ta sẽ tính được khoảng cách từ cảm biến đến chướng ngại vật. 
Khoảng cách = (thời gian * vận tốc âm thanh (340 m/s))/2.

Cảm biến siêu âm HC-SR04 rất linh hoạt, dễ sử dụng và phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau. Dưới đây là một số ứng dụng cảm biến siêu âm HC-SR04 có thể kể đến là:
- Ứng dụng cảm biến siêu âm HC-SR04 trong đo khoảng cách: Cảm biến siêu âm HC-SR04 được sử dụng để đo khoảng cách giữa cảm biến và vật thể, phù hợp cho các dự án DIY và hệ thống định vị.
- Ứng dụng trong tránh va chạm: Giúp robot và xe tự hành phát hiện và tránh vật cản.
- Ứng dụng cảm biến siêu âm HC-SR04 trong đo mức nước; Cảm biến siêu âm HC-SR04 dùng để đo mức chất lỏng hoặc vật liệu trong bồn chứa hoặc silo.
- Ứng dụng trong các hệ thống cảnh báo và báo động: Phát hiện sự hiện diện hoặc thay đổi khoảng cách để kích hoạt cảnh báo.
- Ứng dụng trong điều khiển tự động: Tích hợp trong các thiết bị tự động như cửa tự động và hệ thống đèn thông minh.
- Ứng dụng trong robot và drones: Đo khoảng cách và phát hiện vật thể trong các hệ thống điều khiển tự động.

Cảm biến siêu âm HC-SR04 và các loại cảm biến siêu âm OMRON đều sử dụng nguyên lý hoạt động dựa trên sóng siêu âm để đo khoảng cách, nhưng chúng có những khác biệt đáng kể về chất lượng, độ bền, tính năng, và ứng dụng. Dưới đây là sự so sánh giữa hai loại cảm biến này:

Cảm biến siêu âm HC-SR04:
- Chủ yếu được sử dụng trong các dự án DIY, các dự án học tập, nghiên cứu hoặc các ứng dụng không đòi hỏi độ chính xác cao.
- Phù hợp với các ứng dụng trong nhà, các robot tự chế, các dự án Arduino hoặc Raspberry Pi.
Cảm biến siêu âm Omron:
- Được thiết kế cho các ứng dụng công nghiệp, đòi hỏi độ chính xác cao, độ bền cao và khả năng hoạt động ổn định trong môi trường khắc nghiệt.
- Thường được sử dụng trong tự động hóa công nghiệp, giám sát môi trường, hệ thống an ninh, và các ứng dụng cần đo khoảng cách chính xác trong các môi trường khó khăn.

Cảm biến siêu âm HC-SR04:
- Phạm vi đo từ khoảng 2 cm đến 400 cm (4 mét).
- Độ chính xác thường vào khoảng ±3 mm. Tuy nhiên, độ chính xác có thể bị ảnh hưởng bởi yếu tố môi trường như nhiệt độ và độ ẩm.
Cảm biến siêu âm Omron:
- Có nhiều mẫu khác nhau với phạm vi đo rộng, có thể lên tới vài chục mét, và độ chính xác có thể nhỏ hơn ±1 mm tùy thuộc vào model.
- Các cảm biến của Omron có khả năng tự động bù nhiệt để đảm bảo độ chính xác cao trong các điều kiện môi trường thay đổi.

Cảm biến siêu âm HC-SR04:
- Là sản phẩm có giá thành tương đối rẻ, thường được sản xuất hàng loạt với chi phí thấp,tuy nhiên về độ bền và chất lượng không cao.
- Không được thiết kế để chịu đựng các môi trường khắc nghiệt như bụi bẩn, ẩm ướt, hay nhiệt độ cao/thấp.
Cảm biến siêu âm Omron:
- Được chế tạo với tiêu chuẩn công nghiệp, chất lượng và độ bền cao, có thể hoạt động ổn định trong nhiều năm.
- Thường có khả năng chống chịu bụi, nước (đạt chuẩn IP67 hoặc cao hơn), và nhiệt độ khắc nghiệt.

==> Tham khảo hình ảnh và thông số kỹ thuật của sản phẩm Cảm biến dịch chuyển siêu âm OMRON E4PA-LS600-M1-N được phân phối ở Bảo An tại đây

Kết luận: Cảm biến siêu âm HC-SR04 phù hợp cho các dự án nhỏ, không đòi hỏi cao về độ chính xác và độ bền, trong khi cảm biến siêu âm của hãng Omron được sử dụng cho các ứng dụng công nghiệp, yêu cầu cao về độ bền, chính xác, và có nhiều tính năng nâng cao. Việc chọn lựa giữa hai loại cảm biến này phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của dự án và ngân sách. Hy vọng các thông tin mà Bảo An đã chia sẻ trong bài viết trên sẽ giúp ích cho công việc của bạn.