单片机超声波雷达测试 - 电子发烧友网

以下是关于单片机超声波雷达测试的详细回答，包括硬件连接、Arduino代码示例和上位机显示方案：

一、硬件连接（HC-SR04 + 舵机 + Arduino）

超声波模块：              舵机（SG90）：         Arduino UNO：
VCC  → 5V                VCC（红） → 5V        
GND  → GND               GND（棕） → GND       
Trig → D9                Signal（橙）→ D11    
Echo → D10

二、Arduino雷达扫描代码

#include <Servo.h>
#define TRIG_PIN 9
#define ECHO_PIN 10

Servo radarServo;
int angle = 0;
bool scanningForward = true;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT);
  pinMode(ECHO_PIN, INPUT);
  radarServo.attach(11);
}

float getDistance() {
  // 发送10μs高电平触发信号
  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);

  // 计算回波时间（μs）
  long duration = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH, 30000); // 30ms超时(≈5m)
  return duration * 0.034 / 2; // 声速340m/s → 厘米
}

void loop() {
  radarServo.write(angle);
  delay(30);  // 等待舵机稳定

  float dist = getDistance();

  // 串口输出格式："角度,距离CM"
  Serial.print(angle);
  Serial.print(',');
  Serial.println(dist);

  // 控制扫描方向（0°→180°→0°）
  if (scanningForward) {
    angle += 5;
    if (angle >= 180) scanningForward = false;
  } else {
    angle -= 5;
    if (angle <= 0) scanningForward = true;
  }
}

三、关键参数说明

扫描范围：0°~180°（可修改代码调整）
角分辨率：5°（修改angle += 5调整精度）
测量距离：2cm~400cm（理论值，实际受环境影响）
刷新率：约4次/秒（180°/5° × 30ms ≈ 1.08秒/单程）

四、上位机显示方案（Processing代码）

import processing.serial.*;

Serial myPort;
int radius = 300;
float[] distances = new float[181];

void setup() {
  size(800, 600);
  String portName = "COM3"; // 修改为实际串口
  myPort = new Serial(this, portName, 115200);
  myPort.bufferUntil('\n');
}

void draw() {
  background(0);
  translate(width/2, height/2); // 原点移至屏幕中心

  // 绘制雷达网格
  stroke(0, 100, 0);
  drawRadarGrid();

  // 绘制扫描线
  float radian = radians(frameCount % 360);
  stroke(0, 255, 0);
  line(0, 0, radius * cos(radian), radius * sin(radian));

  // 绘制物体轨迹
  noFill();
  stroke(0, 255, 0);
  beginShape();
  for(int i=0; i<distances.length; i++){
    if(distances[i] > 0){
      float x = distances[i] * cos(radians(i));
      float y = distances[i] * sin(radians(i));
      vertex(x, y);
    }
  }
  endShape();
}

void serialEvent(Serial p){
  String data = p.readStringUntil('\n').trim();
  if(data != null){
    String[] values = split(data, ',');
    if(values.length == 2){
      int ang = int(values[0]);
      float dist = float(values[1]);
      dist = constrain(dist, 0, radius); // 限制显示范围
      distances[ang] = dist; // 存储距离值
    }
  }
}

void drawRadarGrid(){
  // 绘制同心圆
  for(int r=50; r<=radius; r+=50){
    ellipse(0, 0, r*2, r*2);
    textAlign(CENTER);
    fill(0,150,0);
    text(r+"cm", r, -5);
  }

  // 绘制角度线
  for(int a=0; a<360; a+=30){
    float ang = radians(a);
    line(0,0, radius*cos(ang), radius*sin(ang));
    text(nfc(a)+"°", radius*cos(ang)*1.1, radius*sin(ang)*1.1);
  }
}

五、常见问题及解决方案

测量跳变：

增加软件滤波：连续采样3次取中值

float stableDistance(){
float d[3];
for(int i=0; i<3; i++){
d[i] = getDistance();
delay(5);
}
// 冒泡排序取中值
if(d[0]>d[1]) swap(d[0],d[1]);
if(d[1]>d[2]) swap(d[1],d[2]);
if(d[0]>d[1]) swap(d[0],d[1]);
return d[1];
}

测量盲区优化：

在Trig信号后加100μs延时，避免发射器余振干扰

digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
delayMicroseconds(100);  // 新增防干扰延时

抗干扰建议：
- 超声波模块电源并联100μF电容
- 避免在强光/高温环境下使用
- 软质物体表面覆盖硬纸板增强反射

六、性能优化方向

动态扫描：对检测到物体的区域增加扫描密度
多传感器融合：增加红外传感器补偿盲区数据
数据压缩：仅传输角度变化或距离突变的数据点
报警功能：设定安全距离阈值（如50cm内亮LED）

注意：实际测试时，建议先固定超声波模块进行距离校准，再安装到舵机上。测试数据可通过Arduino串口绘图器（Ctrl+Shift+L）实时查看波形。

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