Arduino 超声波距离传感器

17 Mar 2025 | 4 分钟阅读

超声波传感器或HC-SRO4用于使用声呐测量物体的距离。

它以40KHZ 或 40000 Hz的频率发射超声波。该频率穿过空气并撞击路径上的物体。光线从物体上弹回并返回到模块。

HC-SRO4 的四个端子是 VCC、TRIG、ECHO 和 GND。电压电源或VCC为+5V。我们可以将 ECHO 和 TRIG 端子连接到特定 Arduino 板上的任何数字 I/O 引脚。

超声波传感器在中等距离范围内工作效果最佳。

分辨率为0.3cm。

传感器的中等范围是10cm到3m。它在此持续时间内工作效果最佳。

传感器可能检测到的最大范围是4.5m。

超声波传感器如何工作？

让我们了解传感器的工作原理。

它发送超高频采样。

当样本撞击物体时，它会从物体上弹回。

距离传感器报告发送和接收样本之间所花费的时间。

示例

让我们考虑一个例子。

物体距离超声波传感器 40 厘米。空气中的声速为 340 米/秒。我们需要计算时间（以微秒为单位）。

解决方案

v = 340m/s = 0.034cm/us (centimeter/microseconds)
time = distance/speed
time = 40/0.034
time = 1176 microseconds

来自 ECHO 引脚的声音速度将加倍，因为波向前和向后传播（弹跳）。

因此，要计算距离，我们需要将其除以 2。如下所示

distance = time x speed of sound/2
distance = time x 0.034/2

超声波传感器结构

HC-SRO4 的结构如下所示

超声波传感器时序图

我们将 TRIG 引脚设置为 HIGH 一段时间（大约 3 到 100 微秒）。一旦 TRIG 引脚为 LOW，超声波传感器就会发送脉冲并将 ECHO 引脚设置为 HIGH。当传感器获得反射脉冲时，它会将 ECHO 引脚设置为 LOW。我们需要测量 ECHO 引脚为 HIGH 的时间。

超声波传感器 HC-SRO4 的时序图如下所示

让我们开始创建 Arduino 超声波传感器来测量距离。

所需硬件

创建该项目所需的组件如下

Arduino UNO R3 板（我们也可以使用任何 Arduino 板）
跳线
超声波传感器 HC-SRO4
面包板

原则

我们需要首先将 TRIG (触发) 引脚设置为 HIGH。它将发出 8 个周期的突发，称为声波突发，它将以声速传播。它将被 ECHO 引脚进一步接收。声波传播的时间被认为是 ECHO 引脚的输出时间，单位为微秒。

我们将使用 PulseIn() 函数从 ECHO 引脚的输出读取时间。它将等待指定的引脚变为 HIGH 和 LOW。该函数将在最后返回时间。

TRIG 引脚设置为 LOW 4 微秒，然后设置为 HIGH 15 微秒。

时间将以微秒为单位计算。

过程

将超声波传感器连接到电路板的步骤如下所示

将 HC-SRO4 的 VCC 引脚连接到 Arduino 板的 5V。
将 HC-SRO4 的 GND 引脚连接到 Arduino 板的 GND。
将 HC-SRO4 的 TRIG 引脚连接到 Arduino 板的引脚 6。
将 HC-SRO4 的 ECHO 引脚连接到 Arduino 板的引脚 5。

Sketch

请看下面的代码

#define ECHOpin 5 // it defines the ECHO pin of the sensor to pin 5 of Arduino
#define TRIGpin 6 
// we have defined the variable
long duration; // variable for the duration of sound wave travel
int distance; // variable for the distance measurement
void setup() 
{
  pinMode(TRIGpin, OUTPUT); // It sets the ECHO pin as OUTPUT
  pinMode(ECHOpin, INPUT); // It sets the TRIG pin as INPUT
  Serial.begin(9600); // // Serial Communication at the rate of 9600 bps
  Serial.println("Test of the Ultrasonic Sensor HC-SR04"); // It will appear on Serial Monitor
  Serial.println("with the Arduino UNO R3 board");
}
void loop() 
{
  // It first sets the TRIG pin at LOW for 2 microseconds
  digitalWrite(TRIGpin, LOW);
  delayMicroseconds(4);
  // It now sets TRIG pin at HIGH for 15 microseconds
  digitalWrite(TRIGpin, HIGH);
  delayMicroseconds(15);
  digitalWrite(TRIGpin, LOW);
  // It will read the ECHO pin and will return the time 
  duration = pulseIn(ECHOpin, HIGH);
  // distance formula
  distance = duration*(0.034/2); // (speed in microseconds)
  // Speed of sound wave (340 m/s)divided by 2 (forward and backward bounce)
  // To display the distance on Serial Monitor
  Serial.print("Distance: ");
  Serial.print(distance);
  Serial.println(" cm"); //specified unit of distance
}