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如何将HC-SR04超声波与树莓派连接

454398 来源:工程师吴畏 2019-07-29 11:15 次阅读

概述

HC-SR04超声波传感器作为测距模块销售,因为它可以精确地用于测量2cm到400cm范围内的距离。精度为3mm。

此超声波传感器的范围似乎非常小,但它足以满足其实施的应用,例如接近检测和障碍避免。

我已经使用过这个超声波传感器,我之前的几个项目包括:便携式超声波测距仪和障碍物避免机器人

Raspberry Pi超声波传感器接口不同于连接LED,按钮,LCD,电机等与Raspberry Pi。这是因为HC-SR04超声波传感器的输出处于5V逻辑电平,而Raspberry Pi工作在3.3V逻辑电平。

简要说明超声波传感器

如果您参考以前基于超声波传感器模块的项目,我简要讨论了模块的工作原理。在继续使用Raspberry Pi超声波传感器接口之前,我们将再次简要说明。

HC-SR04超声波传感器(或任何超声波传感器),适用于与RADAR和SONOR相似的原理即传输信号并通过捕获反射信号分析目标。

HC-SR04超声波传感器如何工作?

在进入超声波传感器工作之前,让我们看一下HC-SR04超声波传感器的零件和引脚。

它基本上由三部分组成:超声波发射器,控制电路和超声波接收器。来到HC-SR04传感器的引脚,它只有四个引脚,即VCC,TRIG(触发器),ECHO(Echo)和GND。

背后的基本原理这里描述了超声波传感器。传感器中的超声波发射器可产生40 KHz的超声波。然后该信号通过空气传播,如果其路径中有任何障碍物,信号将撞击物体并反弹回来。

然后超声波接收器收集这个反弹信号。根据信号的行程时间,您可以计算物体的距离,因为您已经知道声速。

如何计算距离?

现在我们将看到如何使用HC-SR04超声波传感器测量物体的距离。为了发送40 KHz超声波,超声波传感器的TRIG引脚必须保持高电平至少持续10μS。

此后,超声波发射器将以40 KHz发射一连串8脉冲超声波。传感器中的控制电路立即将ECHO引脚的状态改为HIGH。此引脚保持高电平,直到超声波击中物体并返回超声波接收器。

根据回波引脚保持高电平的时间,您可以计算传感器与物体之间的距离。

例如,如果我们计算ECHO为高电平的时间为588μS,然后你可以借助声速计算距离,该速度等于340m/s。

距离=速度声音/(时间/2)= 340m/s/(588μS/2)= 10cm。

Raspberry Pi超声波传感器接口

现在我们已经了解了HC-SR04超声波传感器的工作原理,我们将继续与Raspberry Pi进行接口。在进行连接之前,您必须注意一点,Raspberry Pi工作在3.3V逻辑,而HC-SR04超声波传感器工作在5V。

Raspberry Pi需要读取Echo引脚用于计算时间,因此Raspberry Pi上相应的GPIO引脚必须配置为输入So,在将Echo引脚连接到Raspberry Pi之前,必须将其提供给电平转换器

有关此内容的更多信息,请参见电路设计部分。

电路图

下图显示了Raspberry Pi和HC-SR04超声波传感器之间的连接。该电路图由Fritzing软件制作。

所需组件

Raspberry Pi 3 B型

HC-SR04超声波传感器

680Ω电阻(1/4瓦)

1.5KΩ电阻(1/4瓦)

连接线

迷你面包板

电源

计算机

电路设计

将HC-SR04超声波传感器的Trig引脚连接到物理引脚16即Raspberry Pi的GPIO23。使用680Ω和1.5KΩ电阻的组合将Echo引脚转换为3.3V逻辑(大约)并将其连接到物理引脚18,即Raspberry Pi的GPIO24。

最后,从Raspberry Pi引脚提供超声波传感器的+ 5V和GND连接。

代码

以下Python脚本用于HC-SR04超声波传感器和Raspberry Pi接口。

工作

这里实现了一个简单的项目,我们已经看到了如何界面带有Raspberry Pi的HC-SR04超声波传感器。该项目的工作已经在HC-SR04超声波传感器的工作原理部分进行了解释。

一个简单的计算程序是用Python编写的,用于检测回波引脚的高电平并产生相等的距离。

应用程序

在这个项目中,我们已经看到了如何连接HC-SR04超声波传感器与Raspberry Pi。此设置可用于许多应用,例如:

障碍避免

接近检测

距离测量

测距仪

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