Arduino超声波测距实验示例教程

ID:333527 · 发表于 2018-5-19 11:17

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Arduino示例教程模块版——超声波测距实验

超声波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。声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，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。本实验利用超声波测得的距离从串口中显示。

元器件清单：

Zduino UNO × 1；
OJ传感器扩展板× 1；

USB数据线 × 1 ；

1p杜邦线 × 4 ；

超声波传感器 × 1；

知识要点：

pulseIn()：用于检测引脚输出的高低电平的脉冲宽度。

pulseIn(pin, value)

pulseIn(pin, value, timeout)

Pin---需要读取脉冲的引脚

Value---需要读取的脉冲类型，HIGH或LOW

Timeout---超时时间，单位微秒，数据类型为无符号长整型。

使用方法及时序图：

1、使用Arduino采用数字引脚给SR04的Trig引脚至少10μs的高电平信号，触发SR04模块测距功能；

2、触发后，模块会自动发送8个40KHz的超声波脉冲，并自动检测是否有信号返回。这步会由模块内部自动完成。

3、如有信号返回，Echo引脚会输出高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。此时，我们能使用pulseIn()函数获取到测距的结果，并计算出距被测物的实际距离。

SR04与Arduino接线示意图：

Arduino示例程序：

/*
IDE 版本:1.0.1
功能：利用SR04超声波传感器进行测距，并用串口显示测出的距离值
*/
// 设定SR04连接的Arduino引脚
const int TrigPin = 2;
const int EchoPin = 3;
float distance;
void setup()
{ // 初始化串口通信及连接SR04的引脚
Serial.begin(9600);
pinMode(TrigPin, OUTPUT);
// 要检测引脚上输入的脉冲宽度，需要先设置为输入状态
pinMode(EchoPin, INPUT);
Serial.println("Ultrasonic sensor:");
}
void loop()
{
// 产生一个10us的高脉冲去触发TrigPin
digitalWrite(TrigPin, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(TrigPin, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(TrigPin, LOW);
// 检测脉冲宽度，并计算出距离
distance = pulseIn(EchoPin, HIGH) / 58.00;
Serial.print(distance);
Serial.print("cm");
Serial.println();
delay(1000);
}

复制代码

连线实物图：

下载完程序后，打开串口监视器，并将超声波传感器对向需要测量的物体，即可看到当前超声波传感器距物体的距离，如下图：

第56讲Arduino入门教程实验16超声波实验

1实验原理

科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹(Hz)。我们人类耳朵能听到的声波频率为20Hz～20000Hz。当声波的振动频率小于20Hz或大于 20000Hz时，我们便听不见了。因此，我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。
超声波测距原理：超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，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。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2 。这就是所谓的时间差测距法。
超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。由此可见，超声波测距原理与雷达原理是一样的。
测距的公式表示为：

L=C×T

式中L为测量的距离长度；C为超声波在空气中的传播速度；T为测量距离传播的时间差(T为发射到接收时间数值的一半)。
这节课我们就介绍一下怎样使用SR04超声波模块来进行距离测量。会用到上节课脉冲计时所学到的知识，通过计算脉冲时常来算出来超声波传感器所感知到的距离.

图4-16-1SR04超声波模块参数

2硬件电路

超声波测距实验参考表4-16-2。

实验器件	数量
landzoduino开发板	1
编程线	1
杜邦线	若干
面包板	1
超声波模块	1

图4-16-2超声波测距实验器件表

图4-16-3超声波测距实验电路图

3程序设计

测试程序如下：

/****************************************************
超声波测距实验程序
使用超声波传感器测距并串口显示距离值
This example code is in the public domain.
****************************************************/
const int TrigPin = 8;
const int EchoPin = 9;
float cm;
/****************************************************
初始化部分_setup()函数
****************************************************/
void setup()
{
Serial.begin(9600);
pinMode(TrigPin, OUTPUT);
pinMode(EchoPin, INPUT);
}
/****************************************************
执行部分_loop()函数
****************************************************/
void loop()
{
//低高低电平发一个短时间脉冲去TrigPin
digitalWrite(TrigPin, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(TrigPin, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(TrigPin, LOW);
//将回波时间换算成cm
cm= pulseIn(EchoPin, HIGH) / 58.0;
Serial.print(cm);
Serial.print("cm");
Serial.println();
delay(1000);
}

复制代码

4实验操作

1) 按照图4-16-3将电路连接到landzoduino开发板上。

2) 插上编程线，把程序下载到Landzoduino控制板。

3) 观察运行情况。

5实验结果

通过超声波模块的收发，可以准确的检测3米之内事物到超声波模块的距离。

6实验视频

Arduino连接超声波传感器测距

注：方法已经过时，新方法使用timer去计时，请看https://code.google.com/p/arduino-new-ping/

超声波传感器适用于对大幅的平面进行静止测距。普通的超声波传感器测距范围大概是2cm~450cm，分辨率3mm（淘宝卖家说的，笔者测试环境没那么好，个人实测比较稳定的距离10cm~2m左右，超过此距离就经常有偶然不准确的情况发生了，当然不排除笔者技术问题。）

测试对象是淘宝上面最便宜的SRF-04超声波传感器，有四个脚：5v电源脚（Vcc），触发控制端（Trig），接收端（Echo），地端（GND）