HC-SR04超声波传感器：工作原理与关键应用
HC-SR04超声波传感器是一种紧凑、非接触设备，利用发射器和接收器测量距离。通过计时40kHz脉冲回波，可高精度计算到物体距离。工作量程2cm至400cm，适合机器人、自动化和爱好者项目。
引脚配置
- Vcc – 5V电源。
- Trigger – 输入引脚。10µs高电平脉冲启动测量。
- Echo – 输出引脚。超声脉冲往返目标期间输出高电平。
- GND – 地线。
关键特性
- 供电：5V直流，工作电流15mA，静态<2mA。
- 尺寸：45mm×20mm×15mm。
- 测量范围：2cm–800cm（实用2–400cm）。
- 分辨率：0.3cm，精度±3mm。
- 发射角：30°（有效<15°）。
- 频率：40kHz。
工作原理
HC-SR04基于飞行时间原理工作。Trigger引脚接收10µs高电平脉冲时，传感器发射8个周期40kHz声波。反射脉冲返回时Echo引脚拉高。触发与回波间时间除以二得距离：
S = (V × t)/2
其中S为距离，V为声速（20°C约343m/s），t为往返时间。
HC-SR04接Arduino
典型接线：
- Vcc → 5V (Arduino)
- Trig → 数字引脚11
- Echo → 数字引脚12
- GND → GND (Arduino)
Arduino草图可用pulseIn()函数读取Echo脉冲宽度并计算距离。
常见应用
- 机器人避障与检测。
- 机器人、无人机、自动驾驶车辆测距。
- 罐体容器液位感测。
- 非接触控制与手势识别。
- 安防系统接近报警。
- 无损检测与深度剖面。
- 医学超声成像（专用配置）。
- 工业自动化与过程控制。
- 教育项目与STEM教学。
总之，HC-SR04以简单硬件和固件提供可靠、精准的测距感知。其低成本和易集成特性使其成为爱好者和专业项目的常用组件。
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