Arduino超聲波測距實驗示例教程

ID:333527 · 發表于 2018-5-19 11:17

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Arduino示例教程模塊版——超聲波測距實驗

超聲波發射器向某一方向發射超聲波，在發射的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據計時器記錄的時間t，就可以計算出發射點距障礙物的距離s，即：s=340m/s× t / 2 。這就是所謂的時間差測距法。本實驗利用超聲波測得的距離從串口中顯示。

元器件清單：

Zduino UNO × 1；
OJ傳感器擴展板× 1；

USB數據線 × 1 ；

1p杜邦線 × 4 ；

超聲波傳感器 × 1；

知識要點：

pulseIn()：用于檢測引腳輸出的高低電平的脈沖寬度。

pulseIn(pin, value)

pulseIn(pin, value, timeout)

Pin---需要讀取脈沖的引腳

Value---需要讀取的脈沖類型，HIGH或LOW

Timeout---超時時間，單位微秒，數據類型為無符號長整型。

使用方法及時序圖：

1、使用Arduino采用數字引腳給SR04的Trig引腳至少10μs的高電平信號，觸發SR04模塊測距功能；

2、觸發后，模塊會自動發送8個40KHz的超聲波脈沖，并自動檢測是否有信號返回。這步會由模塊內部自動完成。

3、如有信號返回，Echo引腳會輸出高電平，高電平持續的時間就是超聲波從發射到返回的時間。此時，我們能使用pulseIn()函數獲取到測距的結果，并計算出距被測物的實際距離。

SR04與Arduino接線示意圖：

Arduino示例程序：

/*
IDE 版本:1.0.1
功能：利用SR04超聲波傳感器進行測距，并用串口顯示測出的距離值
*/
// 設定SR04連接的Arduino引腳
const int TrigPin = 2;
const int EchoPin = 3;
float distance;
void setup()
{ // 初始化串口通信及連接SR04的引腳
Serial.begin(9600);
pinMode(TrigPin, OUTPUT);
// 要檢測引腳上輸入的脈沖寬度，需要先設置為輸入狀態
pinMode(EchoPin, INPUT);
Serial.println("Ultrasonic sensor:");
}
void loop()
{
// 產生一個10us的高脈沖去觸發TrigPin
digitalWrite(TrigPin, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(TrigPin, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(TrigPin, LOW);
// 檢測脈沖寬度，并計算出距離
distance = pulseIn(EchoPin, HIGH) / 58.00;
Serial.print(distance);
Serial.print("cm");
Serial.println();
delay(1000);
}

復制代碼

連線實物圖：

下載完程序后，打開串口監視器，并將超聲波傳感器對向需要測量的物體，即可看到當前超聲波傳感器距物體的距離，如下圖：

第56講Arduino入門教程實驗16超聲波實驗

1實驗原理

科學家們將每秒鐘振動的次數稱為聲音的頻率，它的單位是赫茲(Hz)。我們人類耳朵能聽到的聲波頻率為20Hz～20000Hz。當聲波的振動頻率小于20Hz或大于 20000Hz時，我們便聽不見了。因此，我們把頻率高于20000赫茲的聲波稱為“超聲波”。由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質中傳播的距離較遠，因而超聲波經常用于距離的測量。
超聲波測距原理：超聲波發射器向某一方向發射超聲波，在發射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據計時器記錄的時間t，就可以計算出發射點距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2 。這就是所謂的時間差測距法。
超聲波測距的原理是利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知，測量聲波在發射后遇到障礙物反射回來的時間，根據發射和接收的時間差計算出發射點到障礙物的實際距離。由此可見，超聲波測距原理與雷達原理是一樣的。
測距的公式表示為：

L=C×T

式中L為測量的距離長度；C為超聲波在空氣中的傳播速度；T為測量距離傳播的時間差(T為發射到接收時間數值的一半)。
這節課我們就介紹一下怎樣使用SR04超聲波模塊來進行距離測量。會用到上節課脈沖計時所學到的知識，通過計算脈沖時常來算出來超聲波傳感器所感知到的距離.

圖4-16-1SR04超聲波模塊參數

2硬件電路

超聲波測距實驗參考表4-16-2。

實驗器件	數量
landzoduino開發板	1
編程線	1
杜邦線	若干
面包板	1
超聲波模塊	1

圖4-16-2超聲波測距實驗器件表

圖4-16-3超聲波測距實驗電路圖

3程序設計

測試程序如下：

/****************************************************
超聲波測距實驗程序
使用超聲波傳感器測距并串口顯示距離值
This example code is in the public domain.
****************************************************/
const int TrigPin = 8;
const int EchoPin = 9;
float cm;
/****************************************************
初始化部分_setup()函數
****************************************************/
void setup()
{
Serial.begin(9600);
pinMode(TrigPin, OUTPUT);
pinMode(EchoPin, INPUT);
}
/****************************************************
執行部分_loop()函數
****************************************************/
void loop()
{
//低高低電平發一個短時間脈沖去TrigPin
digitalWrite(TrigPin, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(TrigPin, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(TrigPin, LOW);
//將回波時間換算成cm
cm= pulseIn(EchoPin, HIGH) / 58.0;
Serial.print(cm);
Serial.print("cm");
Serial.println();
delay(1000);
}

復制代碼

4實驗操作

1) 按照圖4-16-3將電路連接到landzoduino開發板上。

2) 插上編程線，把程序下載到Landzoduino控制板。

3) 觀察運行情況。

5實驗結果

通過超聲波模塊的收發，可以準確的檢測3米之內事物到超聲波模塊的距離。

6實驗視頻

Arduino連接超聲波傳感器測距

注：方法已經過時，新方法使用timer去計時，請看https://code.google.com/p/arduino-new-ping/

超聲波傳感器適用于對大幅的平面進行靜止測距。普通的超聲波傳感器測距范圍大概是2cm~450cm，分辨率3mm（淘寶賣家說的，筆者測試環境沒那么好，個人實測比較穩定的距離10cm~2m左右，超過此距離就經常有偶然不準確的情況發生了，當然不排除筆者技術問題。）

測試對象是淘寶上面最便宜的SRF-04超聲波傳感器，有四個腳：5v電源腳（Vcc），觸發控制端（Trig），接收端（Echo），地端（GND）