Arduino开发板使用超声波传感器HC-SR04的完整指南

风筝

在本篇文章中，我们将主要介绍超声波传感器HC-SR04的工作原理和一些功能，并分享一个Arduino项目示例，您可以参考该示例集成到项目中。我们提供了如何连接超声波传感器的原理图，以及与Arduino开发板一起使用的示例代码。

HC-SR04超声波传感器简介

HC-SR04超声波传感器使用声纳来确定物体的距离，工作原理类似与蝙蝠。它提供出色的非接触范围检测，高精度和稳定的读数，以及易于使用的封装。

测量范围从2厘米到400厘米或1英寸到13英尺。它的工作过程不受太阳光或黑色材料的影响（虽然布料之类的声学软材料很难检测）。它配有超声波发射器和接收器模块。

主要特征

●    电源：+ 5V DC

●    静态电流：<2mA

●    工作电流：15mA

●    有效角度：<15°

●    测距：2厘米 -  400厘米/ 1英寸 -  13英尺

●    分辨率：0.3厘米

●    测量角度：30度

●    触发输入脉冲宽度：10uS

●    尺寸：45mm x 20mm x 15mm

它是如何工作的？

超声波传感器使用声纳来确定到物体的距离。以下是其工作过程：

1.    发射器（触发引脚）发送信号：一段高频声音。

2.    当信号遇到一个物体时，它会被反射；

3.    然后发射器（回声引脚）接收该信号。

信号发送和接收之间的时间可以告知我们到物体的距离。这个是可以实现的，因为我们知道声音在空气中传播的速度。

传感器引脚图

●    VCC：+ 5VDC

●    Trig：触发（输入）

●    Echo：回声（输出）

●    GND：GND

Arduino与HC-SR04传感器的连接方式

这款传感器非常酷并且在Arduino创客之中广受欢迎。所以，这里我们提供一个例子展示如何基于Arduino开发板使用HC-SR04超声波传感器。在该示例中，超声波传感器读取与物体的距离并将其写入到串口监视器中。

该示例主要是为了让您了解该传感器的工作原理。然后，您可以在自己的项目中使用该示例。

注意：使用NewPing的Arduino库，可以让您在使用该传感器时更容易些。

所需的组件

●    Arduino UNO开发板

●    超声波传感器（HC-SR04）

●    面包板

●    跳线

原理图

按照下意图将HC-SR04超声波传感器连接到Arduino开发板。

下表显示了两者之间的连接方式：

超声波传感器HC-SR04	Arduino开发板
VCC	5V
Trig	Pin 11
Echo	Pin 12
GND	GND

代码

将以下代码上传到Arduino IDE。

首先，分别为Trig和echo引脚创建变量，命名为trigPin和echoPin。trig引脚连接到数字引脚11，echo引脚连接到数字引脚12：

1. int trigPin = 11;
   
2. int echoPin = 12;

复制代码

您还需要创建三个long类型的变量：duration、cm和inch。变量duration保存了信号发射和接收之间的时间。 变量cm将以厘米为单位保存距离，而变量inch将以英寸为单位保存距离。

1. long duration, cm, inches;

复制代码

在setup()中，我们以波特率9600初始化串口，并将trig引脚设置为输出，将echo引脚设置为输入。

1. //Serial Port begin
   
2. Serial.begin (9600);
   
3. //Define inputs and outputs
   
4. pinMode(trigPin, OUTPUT);
   
5. pinMode(echoPin, INPUT);

复制代码

在loop()中，我们通过发送一个10微秒的HIGH脉冲来触发传感器。但是，在此之前，我们给出一个短的低电平脉冲，以确保我们得到一个干净的高脉冲：

1. digitalWrite(trigPin, LOW);
   
2. delayMicroseconds(5);
   
3. digitalWrite(trigPin, HIGH);
   
4. delayMicroseconds(10);
   
5. digitalWrite(trigPin, LOW);

复制代码

然后，我们读取来自传感器的信号 - 一个HIGH脉冲，其持续时间是从发送信号到接收回波到物体的微秒时间。

1. duration = pulseIn(echoPin, HIGH);

复制代码

最后，我们只需要将持续时间转换为距离。我们可以使用以下公式计算距离：

距离=（传播时间/ 2）x声速

声速为：343m / s = 0.0343cm / uS = 1 / 29.1cm / uS

或以英寸为单位：13503.9in / s = 0.0135in / uS = 1 / 74in / uS

我们需要将传播时间除以2，因为我们必须考虑声波被发送，遇到物体，然后返回传感器。

1. cm = (duration/2) / 29.1;
   
2. inches = (duration/2) / 74;

复制代码

最后，我们在串口监视器中打印结果：

1. Serial.print(inches);
   
2. Serial.print("in, ");
   
3. Serial.print(cm);
   
4. Serial.print("cm");
   
5. Serial.println();

复制代码

使用NewPing的代码

您也可以使用NewPing库。在这里下载库。安装NewPin库后，您可以上传下面提供的代码。

使用NewPing库获取物体的距离要简单得多。

首先包含NewPing库：

1. #include <NewPing.h>

复制代码

然后，定义trigger和echo引脚。trigger引脚连接到Arduino数字引脚11，echo连接到引脚12。您还需要定义MAX_DISTANCE变量才能使用该库。

1. #define TRIGGER_PIN 11
   
2. #define ECHO_PIN 12
   
3. #define MAX_DISTANCE 200

复制代码

接下来，创建一个名为sonar的NewPing实例：

1. NewPing sonar(TRIGGER_PIN, ECHO_PIN, MAX_DISTANCE);

复制代码

在setup()中，以波特率9600初始化串行通信。

1. Serial.begin(9600);

复制代码

最后，在loop()中，为了得到距离，您只需要使用声纳对象的ping_cm()方法。该方法将给你以厘米为单位的距离。

1. unsigned int distance = sonar.ping_cm();

复制代码

如果你想得到以英寸为单位的距离，你可以使用sonar.ping_in()代替。

故障排除

注意：“如果HC-SR04没有收到回波，则输出永远不会变低。 Devantec和Parallax传感器分别在36ms和28ms后超时。如果您使用上面的Pulsin然后没有返回echo，程序将挂起1秒，这是Pulsin的默认超时。您需要使用timeout参数。

http://arduino.cc/en/Reference/PulseIn

HC-SR04测量范围几乎不到10英尺，总路径长度为20英尺，路径时间约为20毫秒，因此将超时设置为大于25英尺或30毫秒的时间。

如果你在E和T之间放一个电阻，比如2.2k，那么您只需连接到T，你可以从一个Arduino引脚使用HC-SR04。查找超声波传感器的单引脚操作。

此外，如果你使用带有PicAxe的HC-SR04，你需要将时钟速度提高到至少8MHz，否则他们看不到回声脉冲的开始，所以脉冲永远不会启动。 HC-SR04与BS2配合良好。“

在本篇文章中，我们向您展示了HC-SR04超声波传感器的工作原理，以及如何将其与Arduino开发板配合使用。如果您遇到任何问题，请随时在下面进行回复。