您是否見過一個機(jī)器人項目，其設(shè)備看起來像一對大卡通眼睛，想知道那部分是做什么的？有可能你正在看超聲波傳感器。在本教程中，您將了解HC-SR04超聲波傳感器，包括如何使用Arduino連接它來構(gòu)建電子卷尺。

超聲波如何傳感器工作？

超聲波傳感器是一種利用超聲波測量物體距離的裝置。超聲波換能器 - 麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器串聯(lián) - 發(fā)送和接收超高頻聲波以獲得物體的距離或接近度。超高頻聲波從物體表面反射，形成獨(dú)特的回聲模式。

圖1 。 HC-SR04超聲波傳感器。

圖2顯示了超聲波傳感器的超高頻聲音波從物體表面反射。

圖2. 發(fā)送和反射波：超聲波傳感器基本操作。

使用TinkerCad電路將超聲波傳感器連接到Arduino

基本了解超聲波傳感器的工作原理，現(xiàn)在就可以了將設(shè)備連接到Arduino。要探索超聲波傳感器的操作，您可以使用TinkerCad電路構(gòu)建虛擬功能電路。

TinkerCad Circuits是一款免費(fèi)的在線電路仿真器，可以在將它們連接到真正的面包板上之前模擬各種電氣和電子電路。您甚至可以使用TinkerCad Circuits測試Arduino項目（包括代碼）。在承諾構(gòu)建物理電路之前，您可以通過實驗獲得寶貴的電子知識。

圖3顯示了使用TinkerCad Circuits構(gòu)建的功能超聲波傳感器Arduino項目。

圖3. 在線超聲波傳感器和Arduino TinkerCard電路。

如果您有試驗超聲波傳感器的面包板，請使用圖4作為參考。

圖4. TinkerCad Circuits內(nèi)置的面包板布線版本。

在面包板上用Arduino連接超聲波傳感器

您可以使用TinkerCad Circuits內(nèi)置的超聲波傳感器Arduino電路或圖5所示的電氣接線圖來構(gòu)建您的傳感設(shè)備。

圖5。實際超聲波傳感器的電氣接線圖到Arduino。

如果您使用的是4針超聲波傳感器，則常閉引腳（NC）接地。您可以如圖所示放置面包板上的超聲波傳感器，并使用跳線完成Arduino的接線。

這是我使用4線跳線將超聲波傳感器連接到Arduino的電路。

圖6。作者的實際電路。

4線跳線線束采用彩色編碼。圖7顯示了Arduino和超聲波傳感器之間的接線連接。

圖7. 4線彩色編碼跳線接線連接。

您現(xiàn)在已成功將超聲波傳感器連接到Arduino！您現(xiàn)在可以將超聲波傳感器代碼安裝（上傳）到Arduino。

超聲波傳感器代碼

該項目的最后一部分是將超聲波傳感器代碼上傳到Arduino。使用USB線將Arduino連接到臺式PC或筆記本電腦。在Arduino IDE中，輸入如下所示的代碼。您也可以將代碼下載到臺式PC或筆記本電腦的硬盤上。在IDE中，您可以通過單擊水平箭頭上傳代碼。

此草圖讀取 PING）））超聲波測距儀，并返回距離范圍內(nèi)最近的對象的距離。為此，它向傳感器發(fā)送脈沖以啟動讀數(shù)，然后監(jiān)聽要返回的脈沖。返回脈沖的長度與物體距傳感器的距離成正比。

電路：

+ P連接+）+）連接到+ 5V

PING的GND連接）））接地

PING的SIG連接）））連接到數(shù)字引腳7

完整項目代碼

/* Ping））） Sensor

*/

// this constant won‘t change. It’s the pin number

// of the sensor‘s output：

const int pingPin = 7;

void setup（） {

// initialize serial communication：

Serial.begin（9600）;

}

void loop（）

{

// establish variables for duration of the ping，

// and the distance result in inches and centimeters：

long duration， inches， cm;

// The PING））） is triggered by a HIGH pulse of 2 or more microseconds.

// Give a short LOW pulse beforehand to ensure a clean HIGH pulse：

pinMode（pingPin， OUTPUT）;

digitalWrite（pingPin， LOW）;

delayMicroseconds（2）;

digitalWrite（pingPin， HIGH）;

delayMicroseconds（2）;

digitalWrite（pingPin， LOW）;

// The same pin is used to read the signal from the PING）））： a HIGH

// pulse whose duration is the time （in microseconds） from the sending

// of the ping to the reception of its echo off of an object.

pinMode（pingPin， INPUT）;

duration = pulseIn（pingPin， HIGH）;

// convert the time into a distance

inches = microsecondsToInches（duration）;

inches = inches +2;// Ultrasonic Calibration factor

cm = microsecondsToCentimeters（duration）;

cm = cm +2; // Ultrasonic Calibration factor

// Display measured values on the Serial Monitor

Serial.print（inches）;

Serial.print（“in， ”）;

Serial.print（cm）;

Serial.print（“cm”）;

Serial.println（）;

delay（1000）;

}

long microsecondsToInches（long microseconds）

{

// According to Parallax’s datasheet for the PING）））， there are

// 73.746 microseconds per inch （i.e. sound travels at 1130 feet per

// second）。 This gives the distance travelled by the ping， outbound

// and return， so we divide by 2 to get the distance of the obstacle.

// See： http://www.parallax.com/dl/docs/prod/acc/28015-PING-v1.3.pdf

return microseconds / 74 / 2;

}

// microsecondsToCentimeters function

long microsecondsToCentimeters（long microseconds）

{

// The speed of sound is 340 m/s or 29 microseconds per centimeter.

// The ping travels out and back， so to find the distance of the

// object we take half of the distance travelled.

return microseconds / 29 / 2;

}

您應(yīng)該立即在IDE中看到距離數(shù)據(jù)向下滾動。圖8顯示了示例距離測量會話的數(shù)據(jù)。

圖8. 帶電子卷尺的示例距離測量會話。

在超聲波傳感器和測量距離的物體之間放置一個小刻度尺或標(biāo)尺。您的讀數(shù)與實際測量距離相比有多準(zhǔn)確？

測量值應(yīng)該非常接近相同，這意味著您已經(jīng)成功構(gòu)建了電子卷尺。您可以使用電子卷尺觀察各種物體及其測量距離。快樂測量！

注意

此項目代碼最初由David A Mellis創(chuàng)建，由Tom Igoe修改，后來由Don Wilcher修改。此示例代碼位于公共域中。