怎样用Arduino连接HC-SR04超声波传感器来构建电子卷尺

您是否见过一个机器人项目，其设备看起来像一对大卡通眼睛，想知道那部分是做什么的？有可能你正在看超声波传感器。在本教程中，您将了解HC-SR04超声波传感器，包括如何使用Arduino连接它来构建电子卷尺。

超声波如何传感器工作？

超声波传感器是一种利用超声波测量物体距离的装置。超声波换能器 - 麦克风和扬声器串联 - 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，形成独特的回声模式。

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音波从物体表面反射。

图2. 发送和反射波：超声波传感器基本操作。

使用TinkerCad电路将超声波传感器连接到Arduino

基本了解超声波传感器的工作原理，现在就可以了将设备连接到Arduino。要探索超声波传感器的操作，您可以使用TinkerCad电路构建虚拟功能电路。

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）。在承诺构建物理电路之前，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构建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。

如果您有试验超声波传感器的面包板，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。实际超声波传感器的电气接线图到Arduino。

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。

图6。作者的实际电路。

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安装（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。您也可以将代码下载到台式PC或笔记本电脑的硬盘上。在IDE中，您可以通过单击水平箭头上传代码。

此草图读取 PING）））超声波测距仪，并返回距离范围内最近的对象的距离。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正比。

电路：

+ P连接+）+）连接到+ 5V

PING的GND连接）））接地

PING的SIG连接）））连接到数字引脚7

完整项目代码

/* Ping））） Sensor

*/

// this constant won‘t change. It’s the pin number

// of the sensor‘s output：

const int pingPin = 7;

void setup（） {

// initialize serial communication：

Serial.begin（9600）;

}

void loop（）

{

// establish variables for duration of the ping，

// and the distance result in inches and centimeters：

long duration， inches， cm;

// The PING））） is triggered by a HIGH pulse of 2 or more microseconds.

// Give a short LOW pulse beforehand to ensure a clean HIGH pulse：

pinMode（pingPin， OUTPUT）;

digitalWrite（pingPin， LOW）;

delayMicroseconds（2）;

digitalWrite（pingPin， HIGH）;

delayMicroseconds（2）;

digitalWrite（pingPin， LOW）;

// The same pin is used to read the signal from the PING）））： a HIGH

// pulse whose duration is the time （in microseconds） from the sending

// of the ping to the reception of its echo off of an object.

pinMode（pingPin， INPUT）;

duration = pulseIn（pingPin， HIGH）;

// convert the time into a distance

inches = microsecondsToInches（duration）;

inches = inches +2;// Ultrasonic Calibration factor

cm = microsecondsToCentimeters（duration）;

cm = cm +2; // Ultrasonic Calibration factor

// Display measured values on the Serial Monitor

Serial.print（inches）;

Serial.print（“in， ”）;

Serial.print（cm）;

Serial.print（“cm”）;

Serial.println（）;

delay（1000）;

}

long microsecondsToInches（long microseconds）

{

// According to Parallax’s datasheet for the PING）））， there are

// 73.746 microseconds per inch （i.e. sound travels at 1130 feet per

// second）。 This gives the distance travelled by the ping， outbound

// and return， so we divide by 2 to get the distance of the obstacle.

// See： http://www.parallax.com/dl/docs/prod/acc/28015-PING-v1.3.pdf

return microseconds / 74 / 2;

}

// microsecondsToCentimeters function

long microsecondsToCentimeters（long microseconds）

{

// The speed of sound is 340 m/s or 29 microseconds per centimeter.

// The ping travels out and back， so to find the distance of the

// object we take half of the distance travelled.

return microseconds / 29 / 2;

}

您应该立即在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. 带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小刻度尺或标尺。您的读数与实际测量距离相比有多准确？

测量值应该非常接近相同，这意味着您已经成功构建了电子卷尺。您可以使用电子卷尺观察各种物体及其测量距离。快乐测量！

注意

此项目代码最初由David A Mellis创建，由Tom Igoe修改，后来由Don Wilcher修改。此示例代码位于公共域中。