Arduino提高篇07—超声波测距

超声波测距

超声波是振动频率高于20KHz的机械波，它具有频率高、波长短、绕射现象小、方向性好、能够成为射线而定向传播等特点，在工业、国防、生物医学等方面有广泛应用，本篇介绍利用超声波进行测距。

1. 测距原理

超声波传感器的发射器向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。根据计时器记录的时间t，声波在空气中的传播速度为340m/s，就可以计算出发射点距障碍物的距离s，即：s=340m/s × t / 2 。这就是所谓的时间差测距法。

2. 超声波传感器介绍

超声波传感器是将超声波信号转换成其他能量信号「通常是电信号」的传感器。HC-SR04是比较常用的超声波传感器模块，广泛应用于机器人测距、小车避障等场合。

超声波模块

主要参数

• 电压：DC5V
• 电流：15mA
• 频率：40KHz
• 感应角度：<15度
• 探测距离：2cm—400cm
• 精度：3mm

使用说明

• 采用Trig引脚触发测距，给至少10us的高电平信号。
• 模块自动发送8个40KHz的方波，自动检测是否有信号返回。
• 有信号返回后，通过Echo引脚输出高电平，通过高电平持续时间获取到时间量。

3. 实验材料

• Uno R3开发板
• 配套USB数据线
• 面包板及配套连接线
• HC-SR04超声波传感器模块

4. 实验步骤

1. 根据原理图搭建电路图。

超声波传感器模块的VCC、GND分别连接到开发板的5V、GND。传感器的Trig引脚、Echo引脚分别连接到开发板的数字引脚2、3。

实验原理图如下图所示：

实验原理图

实物连接图如下图所示：

实物连接图

2. 新建sketch，拷贝如下代码替换自动生成的代码并进行保存。

#define TrigPin 2
#define EchoPin 3

float Value_cm;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(TrigPin, OUTPUT);
  pinMode(EchoPin, INPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(TrigPin, LOW); //低高低电平发一个短时间脉冲去TrigPin
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(TrigPin, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(TrigPin, LOW);
  Value_cm = float( pulseIn(EchoPin, HIGH) * 17 ) / 1000; 
  //读取一个引脚的脉冲（HIGH或LOW）。例如，如果value是HIGH，pulseIn()会等待引脚变为HIGH，开始计时，再等待引脚变为LOW并停止计时。
  //接收到的高电平的时间(us)*340m/s/2=接收到高电平的时间(us)*17000cm/1000000us = 接收到高电平的时间*17/1000(cm) 
  Serial.print(Value_cm);
  Serial.println("cm");
  delay(1000);
}

3. 连接开发板，设置好对应端口号和开发板类型，进行程序下载。

程序下载

5. 实验现象

打开串口监视器，波特率设置成与程序中相一致的9600。改变超声波传感器与遮挡物的距离，监视器中将显示对应的距离。

实验现象