海豚和蝙蝠等動(dòng)物使用噪音和聲音來導(dǎo)航和暴露周圍環(huán)境。這種現(xiàn)象稱為回聲定位。盡管首先在非人類動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)，但它并不是它們獨(dú)有的。例如，盲人也表現(xiàn)出回聲定位的能力。然而，更重要的是，我們已經(jīng)使其適應(yīng)現(xiàn)代技術(shù)。一個(gè)很好的例子是超聲波傳感器電路。本指南將探討它是什么、它做什么以及如何創(chuàng)建自己的。

什么是超聲波傳感器？

Sparki超聲波傳感器

超聲波描述了一種頻率超出人類聽覺范圍的聲波。因此，它使其成為合成回聲定位的絕佳候選者。

與高超音速系統(tǒng)非常相似，超聲波傳感器通過發(fā)射聲波根據(jù)這一原理工作。然后這些聲波會(huì)從物體上反彈并返回傳感器。隨后，傳感器將通過測(cè)量從其底座到物體的傳播時(shí)間和聲速來計(jì)算距離。   

因此，簡(jiǎn)單地說，超聲波傳感器本質(zhì)上是一種經(jīng)濟(jì)高效且可靠的方式來測(cè)量和檢測(cè)物體的存在以及物體之間的距離。它們在距離和成本方面充當(dāng)接近傳感器和激光距離傳感器之間的中間地帶。本質(zhì)上，超聲波傳感器比接近傳感器覆蓋的距離更大，但比激光距離傳感器的距離更短。

醫(yī)生拿著超聲棒

超聲波傳感器的應(yīng)用和主要優(yōu)勢(shì)

下面總結(jié)一下超聲波傳感器的一些優(yōu)點(diǎn)和用途：

• 它們可以檢測(cè)遠(yuǎn)距離（50mm 至 3.5m）的小物體

• 它們的測(cè)量和檢測(cè)能力不受目標(biāo)表面和紋理的影響  

• 超聲波傳感器非常適合檢測(cè)和測(cè)量：

• 固體材料，如金屬、木材、塑料、紙張、軟木、玻璃等。

• 卷起的物品，如紙巾和紡織品

• 大宗商品，如糖、面粉、土豆等。

• 液體，如水、油、果汁等

• 它們是懷孕掃描等醫(yī)療保健應(yīng)用的理想選擇

• 我們可以在汽車碰撞檢測(cè)系統(tǒng)中使用它們

• 超聲波傳感器與目標(biāo)的顏色無關(guān)

• 它們不受環(huán)境噪音、光照水平和溫度波動(dòng)的影響

• 超聲波傳感器不受蒸汽、霧氣、灰塵和高濕度的影響

• 它們是固態(tài)的——它們具有幾乎無限且免維護(hù)的使用壽命

超聲波傳感器類型

我們可以將超聲波傳感器分為三組或三類：

• 物體檢測(cè)：這些類型的超聲波傳感器只有離散的開/關(guān)輸出。

• 距離測(cè)量（超聲波距離傳感器）：這些超聲波傳感器使用行程時(shí)間來確定物體之間的距離。它們只有一個(gè)模擬輸出。 

• 組合型：這些類型的超聲波傳感器同時(shí)具有物體檢測(cè)和距離測(cè)量功能 

在大多數(shù)情況下，具有兩種功能的傳感器與最便宜的最小傳感器之間的價(jià)格差異僅為 15%。然而，在所有可用選項(xiàng)中選擇理想的傳感器可能有點(diǎn)讓人不知所措。 

這就是為什么最好了解所有可用的規(guī)格和參數(shù)（輸出、直徑、距離等）的原因。

如何制作超聲波傳感器電路

在指南的這一部分，我們將探索如何創(chuàng)建和使用您自己的超聲波傳感器。 

組件和材料

• 無焊400點(diǎn)電路面包板

• 6 x 跳線

• Arduino Mega 2560 REV3

• HC-SR04 超聲波傳感器

• 卷尺

您還需要一臺(tái)計(jì)算機(jī)和一些Arduino IDE 的工作知識(shí)。 

先決條件信息

HC-SR04 超聲波傳感器 

在開始本教程之前，讓我們先介紹一些有關(guān) HC-SR04 超聲波傳感器的內(nèi)容。首先，您會(huì)注意到超聲波傳感器 HC-SR04 上最大的組件是兩個(gè)相同的氣缸。左邊的圓柱體是我們所知道的發(fā)射器，而另一個(gè)是接收器。因此，您可以通過板上的標(biāo)簽（T = 發(fā)射器和 R = 接收器）分辨哪個(gè)是哪個(gè)。

發(fā)射器發(fā)送超聲波，而接收器檢測(cè)到任何從物體反射回來的波。您會(huì)注意到超聲波傳感器 HC-SR04 有四個(gè)引腳：

• Vcc 引腳：為模塊供電的輸入引腳 (5V)

• GND 引腳：接地引腳 - 您將其連接到微控制器上的地

• TRIG 引腳：觸發(fā)引腳——發(fā)送器引腳（連接發(fā)送器組件的輸出引腳）——發(fā)送觸發(fā)脈沖 

• ECHO 引腳：用于接收信號(hào)的輸出引腳（連接到接收器組件）

盡管如此，該項(xiàng)目旨在檢測(cè)傳感器前面的物體，然后將其顯示出來。在這種情況下，項(xiàng)目將在串行監(jiān)視器上顯示結(jié)果。如果你想給這個(gè)項(xiàng)目添加一些功能或復(fù)雜性，你可以添加一個(gè)RGB 顯示。 

指示

Arduino超聲波傳感器圖

將 Arduino 板連接到 HC-SR04 傳感器

首先，讓我們連接我們的電路。同樣，您會(huì)注意到該項(xiàng)目非常簡(jiǎn)單，您可以使用任何廉價(jià)的Arduino 微控制器。 

1. 使用一根跳線將 HC-SR04 傳感器的 Vcc 引腳連接到 Arduino Mega 上的 5V 接頭。

*注意：您可以將面包板用作橋接器或?qū)?HC-SR04 模塊直接連接到 Arduino

 2. 接下來，將超聲波傳感器模塊上的 Gnd/GND 連接到 Arduino 微控制器上的接地 (GND) 接頭

3. 將來自超聲波傳感器模塊的 Trig（觸發(fā)）引腳連接到 Arduino 微控制器上的接頭 10

4. 最后，將 Echo 引腳連接到 Arduino 微控制器上的接頭 11

完成上述連接的保護(hù)后，您就可以開始處理代碼了。您需要通過電纜將 Arduino微控制器連接到 PC。同樣，您必須確保已安裝 Arduino IDE 并且它在所述計(jì)算機(jī)上正常運(yùn)行。 

編程項(xiàng)目

1. 將 Arduino 板連接到您的計(jì)算機(jī)。

2. 運(yùn)行 Arduino IDE。

3. 創(chuàng)建一個(gè)新草圖并將其命名為sketch_nov08a。

4. 接下來，包括 NewPing.h 庫。( #Include <NewPing.h> )

*注意：NewPing.h 庫包含大量的類和函數(shù)，使您的超聲波組件的編碼變得容易。 

5. 接下來，實(shí)例化一個(gè)NewPing對(duì)象并將其命名為 Sonar ( NewPing sonar(10,11, 20) )。因此，Sonar 構(gòu)造函數(shù)接受三個(gè)參數(shù)：

• 觸發(fā)銷

• 回聲針

• 以厘米為單位的最大距離（HC-SR04 傳感器的最大距離為 4m）

6.在setup函數(shù)下，調(diào)用Serial通訊庫中的begin函數(shù)，參數(shù)為9600—— Serial。開始（9600）

7. 接下來，調(diào)用以 60 毫秒為參數(shù)的延遲函數(shù)（delay(50)）

8. 在loop函數(shù)下，添加對(duì)來自Serial庫的print函數(shù)的調(diào)用，以“The distance is:”為參數(shù)（Serial.print(“The distance is:”)）。 

9. 再次添加對(duì)打印函數(shù)的另一個(gè)調(diào)用。但是這一次，從聲納對(duì)象添加對(duì) ping_cm 函數(shù)的嵌套調(diào)用作為參數(shù)（Serial.print(sonar.ping_cm())）。

10.最后添加1秒的延遲(delay(1000))

完成后，運(yùn)行代碼并將其移植到您將電纜連接到的任何端口。最終的 Sketch 應(yīng)該是這樣的：

草圖截圖

如果您正確編寫和編譯了上述代碼，則每當(dāng)您在傳感器前放置一個(gè)對(duì)象時(shí)，您的控制臺(tái)/串行監(jiān)視器屏幕都會(huì)如下所示：

輸出截圖

如果您對(duì)更具挑戰(zhàn)性的項(xiàng)目感興趣，為什么不訪問我們的Arduino 接近傳感器指南？ 

結(jié)論

使用超聲波或超聲波是展示我們?nèi)绾卧谌粘＜夹g(shù)中使用回聲定位的好方法。上述指南探討了超聲波傳感器是什么。此外，為了幫助您理解超聲波檢測(cè)的概念，我們還提供了一個(gè)簡(jiǎn)短的教程，向您展示如何將超聲波模塊與 Arduino 微控制器配合使用。盡管如此，我們希望您喜歡閱讀本指南。一如既往，感謝您的閱讀。