mBlock & Arduino（12）使用超音波感应器测量距离

超音波感应器蛮常出现在电子机器人的产品上，通常是用来测量距离，超音波感应器各有一个发射及接收超音波的零件，活像两颗大大的眼睛，在制作机器人时，就经常成为造型之一 … XD

认识超音波感应器

如上图看到的，我手边这颗超音波感应器为HC-SR04，左边被标示为 T 的那颗是发射器（Transmitter），会发出 40 kHz 的声波，这个声波超出人类可感知的 20 kHz 上限，因此才称之为超音波，右边那颗被标示为 R 的是接收器（Receiver），可接收超音波。

HC-SR04 脚位从左至右分别为 Vcc、Trig、Echo 与 GND，Vcc 与 GND 就是接 5V 电源及 GND 了，Trig 为输入脚位，Echo 为输出脚位，超音波的发射与接收，就是靠 Trig 与 Echo 这两个脚位，如果你送出 10 微秒的 5V 高电位讯号给 Trig，就会触发超音波的发射，接着 Echo 脚位就会处于 5V 高电位状态，如果接收到反射的超音波讯号，那么 Echo 脚位就会处于 0V 低电位状态：

因此，在超音波发射之后，Echo 的高电位持续时间，就可以搭配音波速度每秒 343.2 公尺，也就是每公分要花费 29.1 微秒左右，计算出超音波感应器与障碍物之间的距离，记得音波往返是走了两倍距离，因此 Echo 的高电位持续时间要除以 2，再用来除以 29.1 微秒，才是与障碍物之间的距离。

如果使用 Arduino 官方语言的话，可以如下撰写程式，以取得超音波感应器与障碍物之间的距离：

pulseIn函式可以计算指定脚位的高电位或低电位持续时间，单位是微秒。

使用 mBlock 超音波感应器方块

嗯？delayMicroseconds与pulseIn在 mBlock 中并没有对应的方块，因此，没什么好继续介绍的了？

实际上，在 mBlock 2.1 中，机器人模块中的 Makeblock 区块里有个“超音波感应器”方块，这原是搭配 Makeblock 超音波感应器模组而使用，这个超音波感应器模组使用 RJ11 接头，而 Makeblock 在 Arduino 板子上设置了八个 RJ11 连接埠，你可以在Me-Baseboard看到相关图片说明。

在说明中，可以看到 Ports on Baseboard Orion to pins on Arduino UNO 这张图，假设我想将超音波感应器连接在 3 号连接埠，它对应的脚位是 D12 与 D13，而在The Upgrade of Me Series Electronic Modules的说明中可以看到，Makeblock 的超音波感应器模组，似乎只是将 Vcc、Trig、Echo 与 GND，直接对应至 RJ11 的相关接点，因此，就来试试看用这个方块吧！

搭配上面這個程式，試著使用以下的電路連接，Trig 連接 D12，Echo 連接 D13：

接著執行程式，你就可以看到貓咪跟你報告距離了 … XD

如果你試著使用 mBlock 超音波感應器方塊，然後轉為 Arduino mode 檢視 Arduino 原始碼，可以發現，它實際上是 MeUltrasonic 程式庫，這可以在 mBlock 安裝目錄的 ext/libraries/makeblock/src 中找到對應的原始碼，其中控制超音波感應器的程式碼，主要是在measure函式：

MePort的dWrite2中，基本上就是在对应脚位作digitalWrite的动作（依 makeblock 的埠决定哪个脚位）：

依这个写法模式，似乎很像是 HC-SR04，不过，依上面的程式码来看，它都只用到s2，也就是脚位13，为什么呢？因为 Makeblock 最新的超音波感应器 V3.0，可以自行使用杜邦线接线的脚位只有三个,三个脚位中，有两个分别是接电源与 GND，一个是信号接脚，这意谓着，Trig 与 Echo 必须使用同一个脚位，这也就是为什么，在measure的程式码中，看到的都只有使用s2脚位。

可是 HC-SR04 是四个脚位，Trig 是其中独立的一个脚位，怎么能适用“超音波感应器”方块呢？自行触发 Trig 啰！只是直接使用“设置数位脚位”方块的速度不够快，因此，我想到的是，使用“播放脚位”方块，这可以控制脚位电压高低的频率，建立起类似以下的效果：

简单来说，最后我就只是利用了“超音波感应器”方块底层的pulseIn来取得回波时间而已，这个方法下测出来的距离数值会跳动，不过大致上勉强可用啦！

（这个方法比较适用于 mBlock 2.1.4，在 mBlock 2.1.5 中，韧体上似乎做了些修改，虽然还是可以用相同方法，不过，跳动的范围会变大许多。）

超音波搭配七段显示器

那么，就也来回顾一下〈mBlock & Arduino（7）七段显示器之 HELLO！〉，试着将超音波感应器量得的距离，使用七段显示器来回报吧！

因为只有一颗七段显示器，超过 8 公分就一律显示为 0 了 … XD

清单 numbers 使用字串编码 0 到 8 的数字：

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整理：宁波家电物联网云平台，中科极动云