Arduino基础入门之十四 超声波测距

一 硬件

         超声波传感器是HC-SR04，见下图

       一共4个引脚，VCC一般可以接3.3V-5V电源，GND接地，Trig是触发引脚，采用 IO 触发测距，给Trig引脚输入一个低高低的脉冲，高位至少保持 10us，模块会自动发送 8 个 40KHz 的方波，自动检测是否有信号返回；有信号返回， 通过 IO （具体来说就是Echo引脚）输出一高电平， 读取出高电平持续的时间就得到了超声波从发射到返回的时间。时序图如下【1】

        通过上面分析，测试距离=(高电平时间*声速(343m/s))/2

二 代码

1.功能：超声波测距，并把距离在LCD1602上面显示出来

2.具体代码：

#include //声明调用LCD的库
const int rs=12,en=11,d4=5,d5=4,d6=3,d7=2;//lcd占用引脚
LiquidCrystal lcd(rs,en,d4,d5,d6,d7);//创建一个名为lcd的实例（对象）这里是4线法
int trig=7;//触发引脚
int echo=8;//回声引脚
float distance;//距离
void setup() {lcd.begin(16,2);//初始化LCD的宽度和高度,设置16列2行lcd.print("Hi,Emma!");//LCD初始欢迎词delay(500);pinMode(trig,OUTPUT);//设置触发端为输出模式pinMode(echo,INPUT);//设置回声端为输入模式
}void loop() {// 低高低电平发一个短时间脉冲去 TrigPin，产生触发信号digitalWrite(trig,LOW);delayMicroseconds(2);//延时2us, delay()是毫秒digitalWrite(trig,HIGH);delayMicroseconds(10);//延时构成10us的高电平信号digitalWrite(trig,LOW);//根据公式，得到距离值distance=pulseIn(echo,HIGH)/58.3;//将距离值显示出来lcd.clear();lcd.print("The distance is:");lcd.setCursor(0,1);//第2行开头lcd.print(distance);lcd.setCursor(9,1);//第2行第10列lcd.print("cm");delay(2000);//没有这句，屏幕显示会闪烁
}

 3. 知识点和讨论

（1）Trig和Echo都是接数字引脚，分别是输出和输入模式，即UNO输出脉冲从Trig进入SR04触发测距，SR04得到回声，从把信号从Echo返回到UNO，通过pulseIn()语句得到高电平保持的时长。结合上面的时序图，内部机制如下【2】

操作：初始化时将trig和echo端口都置低，首先向给 trig    发送至少10 us的高电平脉冲（模块自动向外发送8个40K的方波），然后等待，捕捉 echo 端输出上升沿，捕捉到上升沿的同时，打开定时器开始计时，再次等待捕捉echo的下降沿，当捕捉到下降沿，读出计时器的时间，这就是超声波在空气中运行的时间

         我好奇的是上面提到的“捕捉echo上升、下降沿，并读计时器”的这个设备是谁，是UNO还是传感器本身？也没有搜到结果，好在这个问题不影响结果的展示。

（2）  关于距离公式，我看了很多都是distance=pulseIn(echo,HIGH)/58，但如果按340m/s的声速算，应该是58.8us/cm，按343m/s的声速算，对应58.3us/cm ，所以我就按第二种来写了。

（3）一开始显示距离总是有闪烁的感觉，分析原因是loop循环会不断写入（lcd.print）操作，从而造成显示闪烁，后来在末尾加个delay（2000）就好了。这个问题之前两个LCD的实验没发现，是因为都是照搬其他人的代码，看了还是不扎实。

（4）自己拿尺子试了试，感觉应该是从大眼睛的前端开始算起，不过误差还是蛮大的，另外如果我把遮挡物贴着任一个眼睛，距离立刻变12m多，不知怎么回事？很好奇两个大眼睛的具体功能，从有限搜索的结果看，两个大眼睛是一个发一个收的【3】，也不知对不对？

p.s.又看了一下【3】，里面有我在上面第（1）点最后提问的答案，如下：

pulseIn(pin,stat,timeout)，返回值是微秒数

其中pin是监听的端口号，stat可选LOW或HIGH，表示是低电平脉冲还是高电平脉冲，timeout为可选参数,单位是微秒，默认值是1000*1000us，用于指定脉冲等待时限

如pulseIn(12,HIGH,1000)表示从12号口计算高电平脉冲时间，最多等待1000us。这时候，Arduino会监听12号口变高电平，12号口变高后开始计时，变低后停止计时，并返回计算的微秒数。如果等待超过1000us，12号口都没变高，则等待超时返回0
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   也就是说收到回声，SR04就把echo引脚拉高，至于读取高电平时长的操作都是由Arhuino UNO来完成的。

【1】HC-SR04 超声波原理图讲解与时序分析与arduino使用_mworkfun的博客-CSDN博客_hcsr04超声波模块原理图

【2】超声波模块HC-SR04简介_dayou1024的博客-CSDN博客

【3】SR04声波传感器原理详解及其Arduino编程——人人都能玩硬件_FUNCO_小风-CSDN博客

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