.. note::

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.. _2.2.8_c:

2.2.8 Ultraschallsensor Modul
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Einführung
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Das Ultraschallsensor-Modul verwendet Ultraschall, um Objekte präzise zu erkennen und 
Entfernungen zu messen. Es sendet Ultraschallwellen aus und wandelt diese in 
elektronische Signale um.

Benötigte Komponenten
---------------------

Für dieses Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten.

.. image:: ../img/list_2.2.5.png

Es ist definitiv praktisch, ein ganzes Kit zu kaufen, hier ist der Link:

.. list-table::
    :widths: 20 20 20
    :header-rows: 1

    *   - Name	
        - ARTIKEL IN DIESEM KIT
        - LINK
    *   - Raphael Kit
        - 337
        - |link_Raphael_kit|

Sie können sie auch einzeln über die untenstehenden Links kaufen.

.. list-table::
    :widths: 30 20
    :header-rows: 1

    *   - KOMPONENTENBESCHREIBUNG
        - KAUF-LINK

    *   - :ref:`cpn_gpio_board`
        - |link_gpio_board_buy|
    *   - :ref:`cpn_breadboard`
        - |link_breadboard_buy|
    *   - :ref:`cpn_wires`
        - |link_wires_buy|
    *   - :ref:`cpn_ultrasonic_sensor`
        - |link_ultrasonic_buy|

Schaltplan
----------

.. image:: ../img/image329.png

Experimentelle Verfahren
------------------------

**Schritt 1:** Bauen Sie den Schaltkreis.

.. image:: ../img/image220.png

**Schritt 2:** Gehen Sie zum Ordner des Codes.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/raphael-kit/c/2.2.8/

**Schritt 3:** Kompilieren Sie den Code.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    gcc 2.2.8_Ultrasonic.c -lwiringPi

**Schritt 4:** Führen Sie die ausführbare Datei aus.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo ./a.out

Nachdem der Code ausgeführt wurde, erkennt das Ultraschallsensor-Modul die Entfernung
zwischen dem vorausliegenden Hindernis und dem Modul selbst, und der Entfernungswert 
wird auf dem Bildschirm angezeigt.

.. note::

    Wenn es nach dem Ausführen nicht funktioniert oder die Fehlermeldung "wiringPi.h: No such file or directory" erscheint, beziehen Sie sich bitte auf :ref:`install_wiringpi`.

**Code**

.. code-block:: c

    #include <wiringPi.h>
    #include <stdio.h>
    #include <sys/time.h>

    #define Trig    4
    #define Echo    5

    void ultraInit(void)
    {
        pinMode(Echo, INPUT);
        pinMode(Trig, OUTPUT);
    }

    float disMeasure(void)
    {
        struct timeval tv1;
        struct timeval tv2;
        long time1, time2;
    float dis;

        digitalWrite(Trig, LOW);
        delayMicroseconds(2);

        digitalWrite(Trig, HIGH);
        delayMicroseconds(10);      
        digitalWrite(Trig, LOW);
                                    
        while(!(digitalRead(Echo) == 1));   
        gettimeofday(&tv1, NULL);           

        while(!(digitalRead(Echo) == 0));   
        gettimeofday(&tv2, NULL);           

        time1 = tv1.tv_sec * 1000000 + tv1.tv_usec;   
        time2  = tv2.tv_sec * 1000000 + tv2.tv_usec;

        dis = (float)(time2 - time1) / 1000000 * 34000 / 2;  

        return dis;
    }

    int main(void)
    {
        float dis;
        if(wiringPiSetup() == -1){ //when initialize wiring failed,print message to screen
            printf("setup wiringPi failed !");
            return 1;
        }

        ultraInit();
        
        while(1){
            dis = disMeasure();
            printf("%0.2f cm\n\n",dis);
            delay(300);
        }

        return 0;
    }

**Code-Erklärung**

.. code-block:: c

    void ultraInit(void)
    {
        pinMode(Echo, INPUT);
        pinMode(Trig, OUTPUT);
    }

Initialisierung des Ultraschall-Pins; dabei wird Echo auf Eingang und Trig auf 
Ausgang gesetzt.

.. code-block:: c

    float disMeasure(void){};

Diese Funktion dient zur Realisierung der Funktion des Ultraschallsensors durch 
Berechnung der zurückgegebenen Erfassungsentfernung.

.. code-block:: c

    struct timeval tv1;
    struct timeval tv2;

Struct timeval ist eine Struktur zur Speicherung der aktuellen Zeit. Die 
vollständige Struktur lautet wie folgt:

.. code-block:: c

    struct timeval
    {
    __time_t tv_sec;        /* Seconds. */
    __suseconds_t tv_usec;  /* Microseconds. */
    };

Hierbei steht tv_sec für die Sekunden, die Epoch bei der Erstellung von 
struct timeval verbracht hat. Tv_usec steht für Mikrosekunden oder einen Bruchteil 
von Sekunden.

.. code-block:: c

    digitalWrite(Trig, HIGH);
    delayMicroseconds(10);     
    digitalWrite(Trig, LOW);

Ein 10us Ultraschallimpuls wird ausgesendet.

.. code-block:: c

    while(!(digitalRead(Echo) == 1));
    gettimeofday(&tv1, NULL);

Diese leere Schleife dient dazu sicherzustellen, dass beim Senden des Trigger-Signals 
kein störendes Echo-Signal vorhanden ist und dann die aktuelle Zeit zu erfassen.

.. code-block:: c

    while(!(digitalRead(Echo) == 0)); 
    gettimeofday(&tv2, NULL);

Diese leere Schleife stellt sicher, dass der nächste Schritt nicht durchgeführt wird, 
bis das Echo-Signal empfangen wird und dann die aktuelle Zeit erfasst wird.

.. code-block:: c

    time1 = tv1.tv_sec * 1000000 + tv1.tv_usec;
    time2  = tv2.tv_sec * 1000000 + tv2.tv_usec;

Umwandlung der von struct timeval gespeicherten Zeit in eine vollständige Mikrosekunden-Zeit.

.. code-block:: c

    dis = (float)(time2 - time1) / 1000000 * 34000 / 2;  

Die Entfernung wird anhand des Zeitintervalls und der Schallgeschwindigkeit berechnet. 
Die Schallgeschwindigkeit in der Luft beträgt: 34000cm/s.

Phänomen-Bild
--------------------

.. image:: ../img/image221.jpeg