# Работа с ультразвуковым дальномером

Ультразвуковой дальномер (*«сонар»*) — это датчик расстояния, принцип действия которого основан на измерении времени распространения звуковой волны (с частотой около 40 кГц) до препятствия и обратно. Сонар может измерять расстояние до 1,5–3 м с точностью до нескольких сантиметров.

## Дальномер HC-SR04

<img src="../assets/hc-sr04.jpg" alt="HC-SR04" width=200>

## Установка

Дальномер закрепляется к корпусу с помощью двухстороннего скотча. Для получения приемлемых результатов необходимо использование виброразвязки. В качестве виброразвязки можно использовать кусок поролона.

### Подключение

Подключите HC-SR04 к Raspberry Pi согласно схеме подключения. Используйте резисторы на 1,0 и 2,2 кОм и любые свободные GPIO-пины, например 23 и 24:

<img src="../assets/raspberry-hc-sr04.png" alt="Подключение HC-SR04" height=600>

> **Hint** Вместо резистора на 2,2 кОм можно использовать два резистора на 1 кОм, соединенные последовательно.

<!-- -->

> **Hint** На Raspberry Pi есть несколько взаимозаменяемых пинов **GND** и **VCC 5V**. Используйте [распиновку](https://pinout.xyz), чтобы найти их.

### Чтение данных

Чтобы считать данные с дальномера HC-SR04, используется библиотека для работы с <abbr title="General-Purpose Input/Output – пины ввода/вывода общего назначения">GPIO</abbr> – [`pigpio`](http://abyz.me.uk/rpi/pigpio/index.html). Эта библиотека предустановлена на [образе Клевера](image.md), начиная с версии **v0.14**. Для более старых версий образа используйте [инструкцию по установке](http://abyz.me.uk/rpi/pigpio/download.html).

Для работы с `pigpio` необходимо запустить соответствующий демон:

```bash
sudo systemctl start pigpiod.service
```

Вы также можете включить автоматический запуск `pigpiod` при старте системы:

```bash
sudo systemctl enable pigpiod.service
```

Таким образом становится возможным взаимодействие с демоном `pigpiod` из языка Python:

```python
import pigpio
pi = pigpio.pi()
```

> **Hint** См. подробное описание Python API в [документации `pigpio`](http://abyz.me.uk/rpi/pigpio/python.html).

Пример кода для чтения данных с HC-SR04:

```python
import time
import threading
import pigpio

TRIG = 23  # пин, к которому подключен контакт Trig дальномера
ECHO = 24  # пин, к которому подключен контакт Echo дальномера

pi = pigpio.pi()
done = threading.Event()

def rise(gpio, level, tick):
    global high
    high = tick

def fall(gpio, level, tick):
    global low
    low = tick - high
    done.set()

def read_distance():
    global low
    done.clear()
    pi.gpio_trigger(TRIG, 50, 1)
    if done.wait(timeout=5):
        return low / 58.0 / 100.0

pi.set_mode(TRIG, pigpio.OUTPUT)
pi.set_mode(ECHO, pigpio.INPUT)
pi.callback(ECHO, pigpio.RISING_EDGE, rise)
pi.callback(ECHO, pigpio.FALLING_EDGE, fall)

while True:
    # Читаем дистанцию:
    print(read_distance())

```

### Фильтрация данных

Для фильтрации (сглаживания) данных и удаления [выбросов](https://ru.wikipedia.org/wiki/Выброс_%28статистика%29) может быть использован [фильтр Калмана](https://ru.wikipedia.org/wiki/Фильтр_Калмана) или более простой [медианный фильтр](https://ru.wikipedia.org/wiki/Медианный_фильтр). Пример реализации медианной фильтрации:

```python
import collections
import numpy

# ...

history = collections.deque(maxlen=10)  # 10 - количество сэмплов для усреднения

def read_distance_filtered():
    history.append(read_distance())
    return numpy.median(history)

while True:
    print(read_distance_filtered())
```

Пример графиков исходных и отфильтрованных данных:

<img src="../assets/sonar-filtered.png">

Исходный код ROS-ноды, использовавшейся для построения графика можно найти [на Gist](https://gist.github.com/okalachev/feb2d7235f5c9636802c3cda43add253).

## Дальномер RCW-0001

<img src="../assets/rcw-0001.jpg" width=200>

Ультразвуковой дальномер RCW-0001 совместим с дальномером HC-SR04. Используйте инструкцию выше для подключения и работы с ним.

## Полет

Пример полетной программы с использованием [simple_offboard](simple_offboard.md), которая заставляет коптер лететь вперед, пока подключенный ультразвуковой дальномер не задетектирует препятствие:

```python
set_velocity(vx=0.5, frame_id='body', auto_arm=True)  # полет вперед со скоростью 0.5 мс

while True:
    if read_distance_filtered() < 1:
        # если препятствие ближе, чем в 1 м, зависаем в точке
        set_position(x=0, y=0, z=0, frame_id='body')
    rospy.sleep(0.1)
```