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[经验]

玩转Arduino手机编程——超声波测距没那么玄乎

2021-10-28 15:21:47

2982 Arduino 超声波测距

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由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而经常用于距离的测量。

测量原理：超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，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。超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=340t/2 。这就是所谓的时间差测距法。

超声波测距原理

今天小蜗牛就带领大家揭开超声波测距的神秘面纱，并基于蜗牛控制器和HC-SR04市面上最常见的超声波模块，打造一款极具性价比的超声波测距仪。

一、所需器件

蜗牛控制器

蜗牛控制器：完全兼容Arduino,支持手机编程

HC-SR04超声波模块

HC-SR04超声波测距模块

该模块将超声波发生电路、超声波接收，以及放大调理电路集成在一块，使用时遵循下面的控制步骤即可。

（1）通过控制TRIG引脚触发测距（给至少10us的高电平信号）

　　（2）模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；

　　（3）有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=（高电平时间*声速（340M/S））/2;

　　（4）重复上述的步骤循环多次测量，最后对数据进行平均处理，即可以达到准确测量的目的。

看到这里，没有较深硬件基础的小伙伴们肯定还是不知所措。

没关系，接着往下看！

二、连接电路

无需其它组件，直接将超声波模块的VCC、TRIG、ECHO、GND引脚分别连接到蜗牛控制器的5V、D10、D13、接地。

蜗牛控制器与HC04超声波模块连线图

三、编程实现

借用蜗牛控制器自带的蓝牙串口组件，直接将采集到的距离值发送到手机上，不再需要额外的显示模块。

1.打开串口

在“串口”积木组中选择“打开串口”积木，将其拖放到右侧的“初始化区”，拼接如下。

蜗牛Woniu：串口初始化

注意：蜗牛控制器的波特率必须设置为115200

2.SR-HC04获取距离值

对于没有编程基础的小伙伴而言，方波发送和接收计时还是很困难的，值得庆幸的是Arduino的开发者们早就为它开发了一整套的开发函数，创客们只需调用几条函数语句即可。而蜗牛控制器对HC-SR04模块的使用更胜一筹，因为全程只需要一个积木。

蜗牛Woniu：超声波测距积木

超声波测距积木位于“传感器”积木组中。将其拖放至程序区后，只需指定它的连接引脚（TRIG和ECHO）即可。

3.测量显示

蜗牛端将超声波测距模块的测量值通过蓝牙串口发送到手机端，手机端通过接收后在“交互”窗口进行显示。

串口发送温湿度值用到了“串口打印”和“串口打印（换行）”两种串口发送积木。

蜗牛Woniu：串口发送积木

前者输出后不换行，保证下一次输出内容在同一行；
后者输出后换行，下一次输出内容显示在下一行。

最后，因为单片机执行速度很快，执行上述语句大概只需要几十微秒，为防止串口堵塞，必须加一个延迟等待，而且温度也不需要特别快的显示频率。延时等待积木位于左侧的“控制”积木组。这里每1秒显示一次测量结果。

这些积木组合后拼接成如下的样式。

四、程序下载

1.蜗牛控制器供电

供电后，其上的蓝色指示灯会处于闪烁状态，表明蜗牛控制器正常工作了。

2.手机环境配置

使用蜗牛手机APP时，需要打开手机的蓝牙和GPS定位功能，同时保证蓝牙未被其它设备连接。

3.连接蜗牛控制器

点击左上角的“连接”按钮，按钮由灰底“连接”切换为黄底“断开”，表明连接成功。

点击“下载”按钮开始程序编绎和下载，就可以看到“下载”按钮切换为百分号数字进度。

程序无线下载中...

五、距离测量

程序下载完成后，连接后传感器，将超声波测距模块水平放置，对准测量终端，点击“交互”按钮打开交互窗口，可以看到每1秒左右显示一次测量距离。

可以看到：测量结果的一致性还是很好的，相对偏差小于±0.5cm。

蜗牛Woniu：超声波测距交互窗口

六、后记

HC-SR04 超声波测距模块宣称可提供 2cm-400cm 的非接触式距离感测功能，测
距精度可达高达3mm，实际使用中很可能达不到，影响因素也很多，比如手持测量的水平度、环境温度（直接影响声波速率）等等。不管怎么样，只要使用得当，±1cm左右的精度还是可以保证的，对于普通家用也是足够的了。

够用+便宜+好玩才是一个创客真正追求的！

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