超声波传感器开源分享

描述

当您尝试让超声波传感器工作时，您可能已经发现 HCSR04 的精度非常低。这个项目是关于将其测量升级到稳定和准确的程度。如果您现在认为这将是一个非常艰巨的项目，并且使用了许多复杂的方法，那么我现在想说：它不会。本教程将展示一些每个人都应该使用的简单技巧，但不幸的是，没有人使用它们。是时候改变它了！

入门

如果你知道 hcsr04 是如何工作的并且使用了一些基本的代码，你可以跳过这部分。

超声波传感器的工作原理。

超声波传感器使用声纳来确定与物体的距离。这是发生的事情：

• 发射器（触发引脚）发送信号：高频声音。

• 当信号找到一个物体时，它会被反射并……

• …发射器（回声针）接收它。

 

信号传输和接收之间的时间使我们能够计算到物体的距离。这是可能的，因为我们知道声音在空气中的速度。

HC-SR04 超声波传感器引脚

 

引脚

• VCC：+5VDC

• 触发：触发（输入）

• 回声：回声（输出）

• 接地：接地

标准代码：

代码的主要部分是一个函数，它测量触发引脚上的信号到 Echo 引脚上的信号变低的那一刻的时间。

digitalWrite(trigPin, LOW);
delayMicroseconds(5);
digitalWrite(trigPin, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(trigPin, LOW);
// Read the signal from the sensor: 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(echoPin, INPUT);
duration = pulseIn(echoPin, HIGH);
//With measured time we calculate the distance in cm:
cm = (duration/2) * 0.034;

一切似乎都很好！但它不起作用。

标准代码有什么问题？

在收集了一些数据后，我们用它绘制了一个图表。它显示了声音从传感器传播到 30 厘米距离和向后的障碍物所花费的时间。

 

如您所见，这绝对是一团糟。您可能会说这只是传感器的不准确，但我找到了解决方案。问题不在于传感器，而在于 Arduino。当 Arduino 工作时，它会执行您编写的代码，但不仅如此。有时处理器会收到一个信号来冻结你的代码并制作其他东西，然后，他会恢复他冻结的东西。这种情况称为处理中断，在 Arduino 上很常见。问题是中断冻结了我们的计时器（PulseIn 函数），因此我们的读数被弄乱了。解决这个问题很容易。标准代码中只有两行：

noInterrupts();
duration = pulseIn(echoPin, HIGH);
interrupts();

 

在没有中断的情况下，我们的读数看起来要好得多，但我们仍然看到一些读数比正常值高 25µs，很少甚至比正常读数高 50µs。那么为什么会这样呢？也许这就是传感器的精度？仍然没有。

25µs 峰值。

传感器中的声音频率为 40 kHz，返回时的声波被传感器记录下来。声波发射时间为 200µs，这意味着它包含 8 个波峰。有时第一个返回的峰值不足以触发传感器。

 

返回声波，第一个峰值未记录。用示波器制作的图表。

如何解决这个问题？

它不像中断那么容易，而且我没有确切的代码来修复它。只是关于该校正应该如何工作的想法。第一个想法是对大量测量值取平均值，但这意味着我们将始终得到比实际结果更高的结果。第二个选项是将结果分成两组并计算较低的平均值。因此，首先计算所有测量值的平均值，然后取其下结果的平均值。

HCSR04的真实精度。

错误测量的波。

 

错误测量的波。

 

正确测量的波。

 

如果是这种情况，HCSR04 会等待波返回并每 3µs 检查一次。问题是这意味着我们测量的时间比实际时间高出多达 3µs。如果不更换传感器，您将不会对此做任何事情。但是，3µs 仍然意味着 1.02mm 的精度。