机械测距车(HC-SR04超声波测距模块：智能小车的眼睛)

Posted 2023-05-29

篇首语：知道如何活用知识最重要，知道知识的来龙去脉次之，拥有知识再次之。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了机械测距车(HC-SR04超声波测距模块：智能小车的眼睛)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

机械测距车(HC-SR04超声波测距模块：智能小车的眼睛)

科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率，单位是赫兹（Hz）。而我们人类耳朵能听到的声波频率为20Hz~20000Hz。因此，我们把频率高于20000Hz的声波称为“超声波”。超声波的方向性好，反射能力强，易于获得较集中的声能。

人们利用超声波的特性制成超声波传感器，广泛应用于汽车领域。我们所说的倒车雷达就是超声波传感器。倒车雷达在倒车时，利用超声波原理，由装置在车尾保险杠上的探头发送超声波撞击障碍物后反射此声波，计算出车体与障碍物间的实际距离，用蜂鸣器和指示灯告诉司机障碍物与汽车之间的大致距离和方向，以便驾驶员及时调整方位，解除驾驶员泊车、倒车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰。

汽车倒车雷达及工作原理

我们平常自然是用不到车规级别的超声速传感器，而在创客DIY领域中，最常用的就是下图这个HC-SR04超声波测距模块，主要是用于智能小车，智能机器人的测距和避障。

HC-SR04超声波测距模块

模块参数：

HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可高达3mm，模块包括超声波发射器，接收器与控制电路。模块电路原理图如下：

模块电路图

电器参数：

工作电压：DC 5V
工作电流：15mA
工作频率：40Hz
最远射程：400cm
最近射程：2cm
测量角度：15度
输入触发信号：10uS的TTL脉冲
输出回响信号：TTL电平信号
规格尺寸：45*20*15mm

工作原理：

超声波测距的原理其实十分简单。模块发出一定频率的超声波脉冲，当超声波遇见障碍物时便会反射回来，模块发出超声波的同时也能检测反射回来的超声波。我们假设由传感器发出到接收所经历的时间为t，超声波在空气中的传播速度为c，则从传感器到目标物体的距离D可用下式求出：

D = c*t/2

HC-SR04模块引脚定义：

VCC：接电源正极
Trig：控制端
Echo：接收端
GND：接电源负极

测距逻辑：

我们将模块引脚连接单片机，当需要测距时，单片机给控制口（Trig）发一个至少10us 以上的高电平信号，然后模块就会自动发送出8个40kHz的超声波，并等待检测回波，一旦检测到回波，则在接收端（Echo）输出一个高电平的回响信号，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间．测试距离=(高电平时间*声速(340m/S))/2。

模块时序图

Arduino测距实验

下面我们就用Arduino UNO和HC-SR04模块做一个测距实验，用一个8位数码管模块显示距离。

硬件设备：

Arduino UNO控制器 × 1
HC-SR04超声波测距模块 × 1
8位数码管 × 1
电源 × 1
杜邦线 × n

接线图：

程序：

// 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。//数码管位选uint8_t SEGPLAY[] =    0xC0, //"0"                                    0xF9,  //"1"                                    0xA4,  //"2"                                    0xB0,  //"3"                                    0x99,  //"4"                                    0x92,  //"5"                                    0x82,  //"6"                                    0xF8,  //"7"                                    0x80,  //"8"                                    0x90,  //"9";//数码管段选                     uint8_t DIG[] = 0b10000000,                           0b01000000,                           0b00100000,                           0b00010000,                           0b00001000,                           0b00000100,                           0b00000010,                           0b00000001, ;#define TrigPin 2        //定义超声波传感器Trig引脚#define EchoPin 3     //定义超声波传感器Echo引脚#define dataPin  10   //数码管 DIO #define clockPin  11    //数码管 SCK #define latchPin  12    //数码管 RCK float distance;void setup()   pinMode(latchPin, OUTPUT); //数码管定义为输出  pinMode(clockPin, OUTPUT);  pinMode(dataPin, OUTPUT);  pinMode(TrigPin, OUTPUT);   //定义超声波传感器Echo引脚输出  // 要检测引脚上输入的脉冲宽度，需要先设置为输入状态  pinMode(EchoPin, INPUT);void loop()     // 产生一个10us的高脉冲去触发TrigPin  digitalWrite(TrigPin, LOW);  delayMicroseconds(2);  digitalWrite(TrigPin, HIGH);  delayMicroseconds(10);  digitalWrite(TrigPin, LOW);    // 检测脉冲宽度，并计算出距离  distance = pulseIn(EchoPin, HIGH) / 5.800;  playnum (distance, 1000);  //通过数码管显示距离////函数作用：用于四位数码管显示数字//输入值：unsigned int 范围0-9999      ////返回值： 无                          //void playnum (unsigned int i, unsigned int playtime)   for (int j = 0; j < playtime / 4; j++)       SegDisplay(i / 1000, 0);    SegDisplay((i % 1000) / 100, 1);    SegDisplay((i % 100) / 10, 2);    SegDisplay((i % 10), 3);  ////函数作用：用于单位数码管显示数字//输入值：i 范围0-11     ////        显示位置 1-4   ////返回值： 无                          //void SegDisplay(int i, int j)   digitalWrite(latchPin, LOW);  shiftOut(dataPin, clockPin, LSBFIRST, DIG[j]); //位选  shiftOut(dataPin, clockPin, MSBFIRST, SEGPLAY[i]);//段选  digitalWrite(latchPin, HIGH);  delayMicroseconds(500);//调节这个和下面的参数可以调整显示亮度，建议这两个数加起来为860。这样是为了显示时间准确  // delayMicroseconds(360);

想要看具体实验过程，可以回看小煜之前发布的视频：《Arduino小实验系列——超声波测距仪，让你扔掉家中直尺》