Arduino超声波测距精准指南：HC-SR04与LCD1602实现

Arduino超声波测距项目实战

超声波测距广泛应用于定位、测距、液位、轮廓扫描、机器人避障等领域。结合数学运算还可测速等物理量。

超声波传感器利用回声原理非接触测量小距离。本项目演示HC-SR04对接Arduino，在16×2 LCD显示距离。

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测距项目电路图

接线简易：HC-SR04的Trig/Echo接Arduino A4/A5，VCC/GND接5V/GND。LCD RS/EN接D12/D11，D4-D7接D5-D2，10K电位器调对比度。

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所需元件

• HC-SR04超声波模块
• Arduino UNO
• 16×2 LCD
• 电位器
• 杜邦线/连接线

HC-SR04超声波模块

非接触测距模块，量程2cm–400cm，精度3mm。内含超声发射/接收器。工作原理：IO触发发10μs高电平，模块发8个40kHz周期超声波并检测回波。若收到回波，Echo脚保持高电平，高电平持续时间=发射到接收往返时间。

距离 = (高电平时间 × 声速340m/s) ÷ 2

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时序图

触发脉冲10μs后，模块发8周期40kHz超声波检测反射。有障碍物则回波返回接收器。距离按上述公式计算，除以2因往返时间对半为单程时间。时序图如下：

技术参数

• 工作电压：5V
• 工作电流：15mA
• 工作频率：40Hz
• 测量角度：15°
• 量程：2cm–400cm

引脚定义

• VCC：模块供电(典型+5V)
• Trig：触发控制脚
• Echo：输出脚，高电平持续时间=超声波往返时间
• GND：接主电路地

单片机给Trig发10μs高脉冲触发，等待Echo高电平，读取时间经公式算距离。

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Arduino UNO

开源单片机广泛用于嵌入式项目。本项目用UNO：廉价易用。14数字I/O、6模拟输入。开源特性允许随意修改软硬件。

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16×2 LCD模块

嵌入式常用，廉价易对接。计算器/万用表常见。显示16字符×2行，每字符5×8像素矩阵，总像素1280。需指定字符位置较麻烦，HD44780控制器接管数据/指令处理，极简接口。技术规格：

• 工作电压：4.7-5.3V
• 电流：1mA(无背光)
• 2行×16字符
• 5×8像素/字符
• 字母数字/特殊符号
• 绿/蓝背光可选

16×2 LCD引脚定义表

Arduino对接LCD基础接法：RS/EN接D12/D11，D4-D7接D5-D2，RW/VSS/K接地，VDD/A接5V，VE接电位器调对比度。

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代码部分：引入LiquidCrystal库，定义引脚变量传入LiquidCrystal构造函数，setup中lcd.begin(16,2)初始化，打印"Hello, World!"，loop中setCursor(0,1)显示毫秒计时器。

#include <LiquidCrystal.h>
const int rs = 12, en = 11, d4 = 5, d5 = 4, d6 = 3, d7 = 2;
LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);
void setup() {
  lcd.begin(16, 2);
  lcd.print("Hello, World!");
}
void loop() {
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print(millis() / 1000);
}

上传后旋钮调对比度即可看到显示。

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超声波测距Arduino编程

引入LCD库，定义Trig/Echo宏映射A4(18)/A5(19)：

#include <LiquidCrystal.h>
#define trig 18
#define echo 19

定义LCD引脚变量并初始化，定义距离d与时间t变量：

const int rs = 12, en = 11, d4 = 5, d5 = 4, d6 = 3, d7 = 2;
LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);
float t=0, d=0;

setup初始化LCD、Trig设输出、Echo设输入：

void setup() {
  lcd.begin(16,2);
  pinMode(trig, OUTPUT);
  pinMode(echo, INPUT);
}

loop：清屏，Trig发10μs高脉冲触发，pulseIn读Echo高电平时间，按公式算距离(单位换算为cm)，LCD显示，延时1秒刷新：

void loop() {
  digitalWrite(trig, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(trig, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(trig, LOW);
  t = pulseIn(echo, HIGH);
  d = t * 0.0340 / 2;
  d = t * 0.01330 / 2;
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("Distance: ");
  lcd.print(d);
  lcd.print(" cm");
  delay(1000);
}

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测距电路工作验证

上传代码，手/物体在传感器前移动，观察LCD读数变化，精度良好。

触发后模块发8周期40kHz超声波，遇障碍反射回接收器，模块给出往返时间，经公式得距离。