如何将超声波传感器连接到Arduino开发板

风筝

您是否见过一个机器人项目，带有一副看起来像大卡通眼睛的设备，并想知道那部分是做什么的？有可能你看到的是超声波传感器。在本篇文章中，我们将主要介绍HC-SR04超声波传感器，包括如何使用Arduino连接它来制作电子卷尺。

超声波传感器如何工作？

超声波传感器是使用超声波测量物体距离的装置。超声波换能器发送和接收超高频声波以获得物体的距离或接近度。超高频声波从物体表面反射，形成独特的回波模式。

图1. HC-SR04超声波传感器。

图2显示了超声波传感器的超高频声波从物体表面反射。

图2.发送和反射波：超声波传感器的基本操作。

使用TinkerCad电路将超声波传感器连接到Arduino

通过对超声波传感器工作原理的基本了解，您现在可以将设备连接到Arduino。要探索超声波传感器的操作，您可以使用TinkerCad电路制作虚拟功能电路。

TinkerCad Circuits是一款免费的在线电路仿真器，可以在将它们连接到真正的面包板上之前模拟各种电气和电子电路。您甚至可以使用TinkerCad Circuits测试Arduino项目（包括代码）。在制作物理电路之前，您可以通过实验获得宝贵的电子知识。

图3显示了使用TinkerCad Circuits制作的功能超声波传感器Arduino项目。

图3.在线超声波传感器和Arduino TinkerCard电路。

如果您有面包板来试验超声波传感器，请使用图4作为参考。

图4. TinkerCad Circuits内置的面包板布线版本。

在面包板上用Arduino连接超声波传感器

您可以使用TinkerCad Circuits内置的超声波传感器Arduino电路或图5所示的电气接线图来构建您的传感设备。

图5. Arduino实际超声波传感器的电气接线图。

如果您使用的是4针超声波传感器，则常闭引脚（NC）接地。您可以如图所示放置面包板上的超声波传感器，并使用跳线完成Arduino的接线。

这是我使用4线跳线将超声波传感器连接到Arduino的电路。

4线跳线线束采用彩色编码。图7显示了Arduino和超声波传感器之间的接线连接。

图7. 4线彩色编码跳线接线连接。

您现在已成功将超声波传感器连接到Arduino！您现在可以将超声波传感器代码上传到Arduino。

超声波传感器代码

该项目的最后一部分是将超声波传感器代码上传到Arduino。使用USB线将Arduino连接到台式PC或笔记本电脑。在Arduino IDE中，输入如下所示的代码。在IDE中，您可以通过单击水平箭头上载代码。

该草图读取超声波测距仪并返回距离范围内最近的物体的距离。为此，它向传感器发送脉冲以启动读数，然后监听要返回的脉冲。返回脉冲的长度与物体距传感器的距离成比例。

本文使用的完整代码：

1. // this constant won't change.  It's the pin number
   
2. // of the sensor's output:
   
3. const int pingPin = 7;
   
4. 
   
5. void setup() {
   
6.   // initialize serial communication:
   
7.   Serial.begin(9600);
   
8. }
   
9. 
   
10. void loop()
    
11. {
    
12.   // establish variables for duration of the ping,
    
13.   // and the distance result in inches and centimeters:
    
14.   long duration, inches, cm;
    
15. 
    
16.   // The PING))) is triggered by a HIGH pulse of 2 or more microseconds.
    
17.   // Give a short LOW pulse beforehand to ensure a clean HIGH pulse:
    
18.   pinMode(pingPin, OUTPUT);
    
19.   digitalWrite(pingPin, LOW);
    
20.   delayMicroseconds(2);
    
21.   digitalWrite(pingPin, HIGH);
    
22.   delayMicroseconds(2);
    
23. 
    
24.   digitalWrite(pingPin, LOW);
    
25. 
    
26.   // The same pin is used to read the signal from the PING))): a HIGH
    
27.   // pulse whose duration is the time (in microseconds) from the sending
    
28.   // of the ping to the reception of its echo off of an object.
    
29.   pinMode(pingPin, INPUT);
    
30.   duration = pulseIn(pingPin, HIGH);
    
31. 
    
32.   // convert the time into a distance
    
33.   inches = microsecondsToInches(duration);
    
34.   inches = inches +2;// Ultrasonic Calibration factor
    
35.   cm = microsecondsToCentimeters(duration);
    
36.   cm = cm +2; // Ultrasonic Calibration factor
    
37. 
    
38.   // Display measured values on the Serial Monitor
    
39.   Serial.print(inches);
    
40.   Serial.print("in, ");
    
41.   Serial.print(cm);
    
42.   Serial.print("cm");
    
43.   Serial.println();
    
44. 
    
45.   delay(1000);
    
46. }
    
47. 
    
48. long microsecondsToInches(long microseconds)
    
49. {
    
50.   // According to Parallax's datasheet for the PING))), there are
    
51.   // 73.746 microseconds per inch (i.e. sound travels at 1130 feet per
    
52.   // second).  This gives the distance travelled by the ping, outbound
    
53.   // and return, so we divide by 2 to get the distance of the obstacle.
    
54.   // See: http://www.parallax.com/dl/docs/prod/acc/28015-PING-v1.3.pdf
    
55.   return microseconds / 74 / 2;
    
56. }
    
57. 
    
58. // microsecondsToCentimeters function
    
59. long microsecondsToCentimeters(long microseconds)
    
60. {
    
61.   // The speed of sound is 340 m/s or 29 microseconds per centimeter.
    
62.   // The ping travels out and back, so to find the distance of the
    
63.   // object we take half of the distance travelled.
    
64.   return microseconds / 29 / 2;
    
65. }

复制代码

您会立即在IDE中看到距离数据向下滚动。 图8显示了示例距离测量会话的数据。

图8.电子卷尺的示例距离测量会话。

在超声波传感器和测量距离的物体之间放置一个标尺。 您的读数与实际测量距离相比有多准确？

测量值应非常接近相同，这意味着您已成功制作了电子卷尺。 您可以使用电子卷尺观察各种物体及其测量距离。