超声波传感器

概述

当您倒车时，会看到汽车与周围障碍物之间的距离以避免碰撞。用于检测距离的装置就是超声波传感器。在本实验中，您将学习超声波如何检测距离。

所需元件

本项目中，我们需要以下元件。

购买整套套件会更加方便，以下是链接：

名称	套件所含项目	链接
Elite Explorer 套件	300+	Elite Explorer Kit

您也可以从以下链接单独购买。

元件介绍	购买链接
Arduino Uno R4 WiFi	-
面包板	BUY
杜邦线	BUY
超声波模块	BUY
I2C LCD1602	BUY

接线

原理图

代码

备注

您可以直接打开路径 elite-explorer-kit-main\basic_project\06-ultrasonic 下的 06-ultrasonic.ino 文件。
或者将以下代码复制到 Arduino IDE 中。

代码分析

1. 初始化超声波传感器和 LCD1602

#include <LiquidCrystal_I2C.h>

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);  // 初始化 Liquid Crystal Display 对象，I2C 地址为 0x27，16 列 2 行

// 定义超声波传感器的引脚编号
const int echoPin = 3;
const int trigPin = 4;

void setup() {
  pinMode(echoPin, INPUT);               // 将 echo 引脚设置为输入
  pinMode(trigPin, OUTPUT);              // 将 trig 引脚设置为输出

  lcd.init();       // 初始化 LCD
  lcd.clear();      // 清除 LCD 显示
  lcd.backlight();  // 确保背光亮起

}

2. 在 LCD1602 上显示距离

void loop() {
  float distance = readDistance();  // 调用函数读取传感器数据并获取距离

  lcd.setCursor(0, 0);         // 将光标置于第 1 行第 1 列。从此处开始显示字符
  lcd.print("Distance:");      // 在 LCD 上打印 Distance:
  lcd.setCursor(0, 1);         // 将光标置于第 1 行第 0 列
  lcd.print("               ");  // 在字符后留出一些空格，以清除可能残留的前一个字符
  lcd.setCursor(7, 1);         // 将光标置于第 1 行第 7 列
  lcd.print(distance);         // 在 LCD 上打印从发送和接收 ping 之间转换的距离值
  lcd.setCursor(14, 1);        // 将光标置于第 1 行第 14 列
  lcd.print("cm");             // 打印单位 "cm"

  delay(800);                       // 延迟 800 毫秒后重复循环
}

3. 将时间转换为距离

float readDistance(){// ...}
这里，”PING” 指的是超声波传感器发送超声波脉冲（或 “ping”）然后等待其回波的过程。

PING 由一个 2 微秒或更长的高电平脉冲触发（先给出一个短暂的低电平脉冲以确保干净的高电平脉冲）。
digitalWrite(trigPin, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(trigPin, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(trigPin, LOW);
echo 引脚用于读取 PING 信号，一个高电平脉冲，其持续时间是从发送 ping 到接收到物体回波的时间（以微秒为单位）。我们使用以下函数获取持续时间。
pulseIn(echoPin, HIGH);
声速为 340 m/s，即每厘米 29 微秒。

这给出了 ping 传播的距离，包括去程和回程，因此我们除以 2 来得到障碍物的距离。
float distance = pulseIn(echoPin, HIGH) / 29.00 / 2;     // 公式：(340m/s * 1us) / 2