第十二章 超声波

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[md]## 超声波传感器

超声波是频率高于20000Hz的声波，它指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而经常用于测量距离。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。

这里我们使用的是一款常见的超声波传感器：SR04超声波传感器。

SR04（如图）是利用超声波特性检测距离的传感器。其带有两个超声波探头，分别用作发射和接收超声波。其测量范围在3cm-450cm。

工作原理：如图所示，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。

（超声波发射接收示意图）

SR04超声波模块有4个引脚，它们的功能如下：

+ Vcc：电源5V

+ Trig：触发引脚

+ Echo：回馈引脚

+ Gnd：地

## 超声波传感器测距原理

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

（arduino发送触发信号）

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。

（超声波发出超声波脉冲）

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arduino的程序函数来获取到测距的结果，并计算出距被测物的实际距离。

（超声波返回测距结果）

+ **硬件连接**

超声波传感器 —— 4P座子（D13 D12 - +）

+ **程序编写**

在Mixly的传感器程序模块中，自带有超声波测距的程序含税，我们可以直接拖入编程界面使用，并修改IO端口 触发Trig脚定义为D13，接收Echo脚定义为D12。为了简单测试超声波传感器，我们添加一个串口，用来打印超声波测得的数据。然后1秒刷新下检测数据。

打开串口我们就可以观察到检测的距离值。也可以打开绘图模式，对数据进行一个直观的观察。

## 电子测距仪

在上述示例中，我们还可以添加一个液晶显示器，用来显示超声波测得的数据。这样就可以制成一个可以电子测距仪。

+ **硬件连接**

超声波传感器 —— 4P座子（D13 D12 - +）  LCD——4P座子（I2C）


+ **程序编写**

首先在初始化中将液晶显示程序进行初始化，然后声明一个变量用于存储超声波测得的数据，注意这个变量类型是小数。主程序中，在显示之前将屏幕先清屏一次。执行超声波检测数据，并把它存在变量“dis”中。为了方便显示，我们将数据四舍五入取出整数。

液晶在第一行显示一个字符串“distance：”第二行显示数字。而我们在液晶上显示一个多位数的数字时，不能像串口那样直接打印出来。我们需要将数据的每一位数进行转化，然后单独显示才能保证显示不出现乱码。假如我们测得的数据是一个4位数number，那么千位就是number/1000 ，百位数(number/100)%10，十位数就（number/10）%10，个位数就是number%10 。number%10就是number除以10的余数，1234除以10的余数是4。

在显示结尾时加上单位“cm”厘米。随后延时一小段时间刷新液晶屏。
下载程序后，我们观察液晶中显示检查到的距离数据，是否正常。

## 发散思维大课堂

上边学习了超声波传感器的使用，那么超声波测距还可以被用在哪些地方呢？下面我们举出几个示例

1、利用超声波测得的数据来控制不同的音符的播放

2、将超声波传感器安装在门口，用来检测人的进出

3、利用超声波测距的特点，制作避障小车[/md]