Arduino使用3线控制HC-SR04超声波

UNO · 发表于 2022-6-8 09:03:07

本帖最后由 UNO 于 2023-1-4 08:26 编辑

使用HC-SR04 超声波距离传感器为您的下一个Arduino项目提供强大的能力，该传感器可以报告最远4米外的物体范围。如果您想避免您的机器人撞墙，这是非常好的信息！它们功耗低（适用于电池供电的设备）、价格便宜、易于交互，并且在爱好者中非常受欢迎。作为奖励，它甚至看起来很酷，就像你最新的机器人发明的眼睛！

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2022-6-8 08:16 上传

HC-SR04硬件概述
HC-SR04超声波距离传感器的核心是由两个超声波换能器组成。一个充当发射器，将电信号转换为40KHz超声波脉冲。接收器侦听传输的脉冲。如果它接收到它们，它会产生一个输出脉冲，其宽度可用于确定脉冲行进的距离。
该传感器体积小，易于在任何机器人项目中使用，并提供2厘米至400厘米（约1英寸至13英尺）之间的出色非接触式范围检测，精度为3毫米。由于它的工作电压为5伏，因此可以直接连接到Arduino或任何其他5V逻辑微控制器。

HC-SR04超声波传感器引脚

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VCC：是HC-SR04超声波距离传感器的电源，我们连接Arduino上的5V引脚。
Trig：用于触发超声波脉冲。
Echo：当接收到反射信号时，引脚会产生一个脉冲。脉冲的长度与检测到发射信号所花费的时间成正比。
GND：连接到Arduino的地。

HC-SR04超声波测距传感器如何工作？
当一个持续时间至少为10μS（10微秒）的脉冲被施加到触发引脚时，一切就开始了。作为响应，传感器以40KHz的频率发射8个脉冲的声波。这种8脉冲模式使设备的“超声波特征”独一无二，使接收器能够将发射的模式与环境超声波噪声区分开来。
八个超声波脉冲穿过空气远离发射器。同时，Echo引脚变为高电平以开始形成回声信号的开始。
如果这些脉冲没有被反射回来，那么Echo信号将在38毫秒后超时并返回低电平。因此，38毫秒的脉冲表明传感器范围内没有障碍物。

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如果这些脉冲被反射回来，则一旦接收到信号，Echo 引脚就会变低。这会产生一个脉冲，其宽度在15μS到25mS 之间变化，具体取决于接收信号所花费的时间。

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然后使用接收到的脉冲宽度来计算到反射物体的距离。这可以使用我们在高中时学到的简单的距离-速度-时间方程来计算。如果你忘记了，记住距离、速度和时间等式的一种简单方法是将字母放入三角形中。

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2022-6-8 08:29 上传

让我们举一个例子来更清楚地说明。假设我们在传感器前面有一个未知距离的物体，并且我们在 Echo 引脚上接收到一个宽度为 500 μS 的脉冲。现在让我们计算物体离传感器的距离。我们将使用下面的等式。

Distance = Speed x Time

在这里，我们有时间的值，即500μs，我们知道速度。我们有什么速度？当然是音速！其340米/秒。为了计算距离，我们必须将声速转换为cm/μs。快速谷歌搜索“以厘米/微秒为单位的声速”会说它是0.034厘米/微秒。你可以做数学，但搜索它更容易。无论如何，有了这些信息，我们可以计算距离！

Distance = 0.034 cm/μs x 500 μs

但这还没有完成！请记住，脉冲表示信号发送和反射回来所花费的时间，因此要获得距离，您需要将结果分成两半。

Distance = (0.034 cm/μs x 500 μs) / 2

Distance = 8.5 cm

所以，现在我们知道物体距离传感器8.5厘米。

将HC-SR04连接到Arduino UNO

3线模式是您只需要一个连接到单个Arduino数字I/O引脚而不是两个。在3线模式下，单个I/O引脚既用作输入又用作输出，因为从来没有同时使用输入和输出的时间。通过消除一个I/O引脚，我们可将其用于其他用途。当使用像ATtiny85这样的I/O引脚数量有限的芯片时，它也很有用。
以下是使用3线模式将HC-SR04传感器连接到Arduino的方法。

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2022-6-8 08:35 上传

端口可根据自己的需求改动。

Arduino代码–使用NewPing库
我们将使用一个特殊的库，而不是手动触发超声波传感器并测量接收到的信号脉冲宽度。有很多可用的，最通用的是一个叫做“ NewPing ”的。
NewPing库说明与使用：https://playground.arduino.cc/Code/NewPing/

[AppleScript] 纯文本查看 复制代码

#include <NewPing.h>
 
#define TRIGGER_PIN  9
#define ECHO_PIN     9
#define MAX_DISTANCE 200  // 检测最大值 max=400cm
 
NewPing sonar(TRIGGER_PIN, ECHO_PIN, MAX_DISTANCE);
 
void setup() {
  Serial.begin(9600);
}
 
void loop() {
  delay(50);
  Serial.print("Ping: ");
  Serial.print(sonar.ping_cm());
  Serial.println("cm");
}

串口输出：

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