標題: Arduino超聲波測距實驗示例教程 [打印本頁]
作者: pengxiaotu    時間: 2018-5-19 11:17
標題: Arduino超聲波測距實驗示例教程


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Arduino示例教程模塊版——超聲波測距實驗
超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)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(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)類型為無符號長整型。
使用方法及時序圖：
1、使用Arduino采用數(shù)字引腳給SR04的Trig引腳至少10μs的高電平信號，觸發(fā)SR04模塊測距功能；
2、觸發(fā)后，模塊會自動發(fā)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(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。此時，我們能使用pulseIn()函數(shù)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：
  1. /*
  2. IDE 版本:1.0.1
  3. 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
  4. */

  6. // 設定SR04連接的Arduino引腳
  7. const int TrigPin = 2;
  8. const int EchoPin = 3;
  9. float distance;
  10. void setup()
  11. {   // 初始化串口通信及連接SR04的引腳
  12.         Serial.begin(9600);
  13.         pinMode(TrigPin, OUTPUT);
  14.     // 要檢測引腳上輸入的脈沖寬度，需要先設置為輸入狀態(tài)
  15.         pinMode(EchoPin, INPUT);
  16.     Serial.println("Ultrasonic sensor:");
  17. }
  18. void loop()
  19. {
  20.     // 產生一個10us的高脈沖去觸發(fā)TrigPin
  21.         digitalWrite(TrigPin, LOW);
  22.         delayMicroseconds(2);
  23.         digitalWrite(TrigPin, HIGH);
  24.         delayMicroseconds(10);
  25.         digitalWrite(TrigPin, LOW);
  26.     // 檢測脈沖寬度，并計算出距離
  27.         distance = pulseIn(EchoPin, HIGH) / 58.00;
  28.         Serial.print(distance);
  29.         Serial.print("cm");
  30.         Serial.println();
  31.         delay(1000);
  32. }
復制代碼

連線實物圖：
下載完程序后，打開串口監(jiān)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(shù)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(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)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(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)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(fā)射后遇到障礙物反射回來的時間，根據(jù)發(fā)射和接收的時間差計算出發(fā)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(fā)射到接收時間數(shù)值的一半)。
這節(jié)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(jié)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(shù)
2硬件電路
超聲波測距實驗參考表4-16-2。

實驗器件

數(shù)量
landzoduino開發(fā)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：
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(fā)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(fā)，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(huán)境沒那么好，個人實測比較穩(wěn)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(fā)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(fā)控制端（Trig），接收端（Echo），地端（GND）


模塊工作原理：
電路連接方法：


Arduino程序例子：
  1. const int TrigPin = 2;
  2. const int EchoPin = 3;
  3. float cm;
  4. void setup()
  5. {
  6. Serial.begin(9600);
  7. pinMode(TrigPin, OUTPUT);
  8. pinMode(EchoPin, INPUT);
  9. }
  10. void loop()
  11. {
  12. digitalWrite(TrigPin, LOW); //低高低電平發(fā)一個短時間脈沖去TrigPin
  13. delayMicroseconds(2);
  14. digitalWrite(TrigPin, HIGH);
  15. delayMicroseconds(10);
  16. digitalWrite(TrigPin, LOW);

  18. cm = pulseIn(EchoPin, HIGH) / 58.0; //將回波時間換算成cm
  19. cm = (int(cm * 100.0)) / 100.0; //保留兩位小數(shù)
  20. Serial.print(cm);
  21. Serial.print("cm");
  22. Serial.println();
  23. delay(1000);
  24. }
復制代碼




Arduino教程（提高篇）——SR04超聲波類庫的使用
SR04是最常見的超聲波傳感器之一，價格便宜，好用，是arduino開發(fā)的必備良品~


其工作原理如下


下面使用的是arduino官方推薦的SR04超聲波傳感器類庫


  1. #include "SR04.h"
  2. #define TRIG_PIN 2
  3. #define ECHO_PIN 3
  4. SR04 sr04 = SR04(ECHO_PIN,TRIG_PIN);
  5. long a;
  6. void setup() {
  7. Serial.begin(9600);
  8. Serial.println("Example written by Coloz From Arduino.CN");
  9. delay(1000);}
  10. void loop() {
  11. a=sr04.Distance();
  12. Serial.print(a);
  13. Serial.println("cm");
  14. delay(1000);}
復制代碼
#define TRIG_PIN 2
#define ECHO_PIN 3

TRIG接到arduino的第二腳
ECHO接到arduino的第三腳
VCC、GND接上


最后提供一個不用庫直接驅動SR04的程序（上面庫，就是把這個程序封裝了一次）
  1. const int TrigPin = 2;
  2. const int EchoPin = 3;
  3. float cm;
  4. void setup()
  5. {
  6. Serial.begin(9600);
  7. pinMode(TrigPin, OUTPUT);
  8. pinMode(EchoPin, INPUT);
  9. }
  10. void loop()
  11. {
  12. //發(fā)一個10ms的高脈沖去觸發(fā)TrigPin
  13. digitalWrite(TrigPin, LOW);
  14. delayMicroseconds(2);
  15. digitalWrite(TrigPin, HIGH);
  16. delayMicroseconds(10);
  17. digitalWrite(TrigPin, LOW);

  19. cm = pulseIn(EchoPin, HIGH) / 58.0; //算成厘米
  20. cm = (int(cm * 100.0)) / 100.0; //保留兩位小數(shù)
  21. Serial.print(cm);
  22. Serial.print("cm");
  23. Serial.println();
  24. delay(1000);
  25. }
復制代碼
作者: tigerzq    時間: 2019-4-23 20:47
就是不知道那個58是怎么來的？
作者: wipo    時間: 2019-5-15 15:00
這個可以有
作者: ssk    時間: 2019-8-21 14:56
好全啊    謝謝分享
作者: dong發(fā)明    時間: 2020-4-29 17:40
tigerzq 發(fā)表于 2019-4-23 20:47
就是不知道那個58是怎么來的？

pulseIn()單位為微秒，聲速344m/s，所以距離cm=344*100/1000000*pulseIn()/2約等于pulseIn()/58.0



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