超声波传感器电路：完整指南
海豚和蝙蝠等动物使用声学噪音和声音来导航和暴露周围环境。这种现象称为回声定位。尽管最初是在非人类动物中发现的，但它并不是它们独有的。例如，盲人也表现出了回声定位的能力。然而，更重要的是，我们已经将其适应现代技术。一个很好的例子是超声波传感器电路。本指南将探讨它是什么、它的作用以及如何创建自己的。
什么是超声波传感器？
Sparki 超声波传感器
来源： https://commons.wikimedia.org
超声波描述了频率超出人类听觉范围的声波。因此，它是合成回声定位的理想选择。
就像高超音速声音系统一样，超声波传感器通过发射声波来发挥这一原理。然后这些声波会从物体上反弹并返回传感器。随后，传感器将通过测量声音从其底部到物体的传播时间和速度来计算距离。
因此，简单地说，超声波传感器本质上是一种经济高效且可靠的测量和检测物体存在和物体之间距离的方法。它们在距离和成本方面充当接近传感器和激光距离传感器之间的中间地带。本质上，超声波传感器比接近传感器覆盖的距离更远，但比激光距离传感器的距离更短。
医生拿着经阴道超声棒
超声波传感器的应用和主要优势
下面总结一下超声波传感器的一些优点和用途：
- 它们可以检测远距离（50 毫米到 3.5 米）的小物体
- 它们的测量和检测能力不受目标表面和纹理的影响
- 超声波传感器非常适合检测和测量：
- 金属、木材、塑料、纸张、软木、玻璃等固体材料。
- 纸巾和纺织品等卷材
- 散装货物，例如糖、面粉、土豆等。
- 水、油、果汁等液体
- 它们是妊娠扫描等医疗保健应用的理想选择
- 我们可以在汽车碰撞检测系统中使用它们
- 超声波传感器与目标颜色无关
- 它们不受环境噪音、光照水平和温度波动的影响
- 超声波传感器不受蒸汽、雾、灰尘和高湿度的影响
- 它们是固态的 - 它们具有几乎无限且免维护的使用寿命
超声波传感器类型
我们可以将超声波传感器分为三组或三种类型：
- 物体检测：这些类型的超声波传感器只有离散的开/关输出。
- 距离测量（超声波距离传感器）：这些超声波传感器使用传播时间来确定物体之间的距离。它们只有一个模拟输出。
- 组合型：这些类型的超声波传感器兼具物体检测和测距功能
在大多数情况下，具有两种功能的传感器和最便宜的最小传感器之间只有 15% 的价格差异。然而，在所有可用选项中选择理想的传感器可能会有点让人不知所措。
这就是为什么最好了解所有可用的规格和参数（输出、直径、距离等）
如何制作超声波传感器电路
在本指南的这一部分，我们将探讨如何创建和使用您自己的超声波传感器。
组件和材料
- 无焊 400 点电路面包板
- 6 根跳线
- Arduino Mega 2560 REV3
- HC-SR04 超声波传感器
- 卷尺
您还需要一台计算机和一些 Arduino IDE 的工作知识。
先决条件信息
HC-SR04 超声波传感器
在开始本教程之前，让我们先介绍一些有关 HC-SR04 超声波传感器的内容。首先，您会注意到超声波传感器 HC-SR04 上最大的组件是两个相同的圆柱体。左边的圆柱体就是我们所知道的发射器，而另一个是接收器。因此，您可以通过板上的标签（T =发射器，R =接收器）分辨出哪个是哪个。
发射器发送超声波，而接收器检测从物体反弹回来的任何波。您会注意到超声波传感器 HC-SR04 有四个引脚：
- Vcc 引脚：为模块供电的输入引脚 (5V)
- GND 引脚：接地引脚 - 您将其连接到微控制器的接地端
- TRIG 引脚：触发引脚——发送器引脚（连接发送器组件的输出引脚）——发送触发脉冲
- ECHO 引脚：用于接收信号的输出引脚（连接到接收器组件）
然而，该项目旨在检测传感器前方的物体，然后将其显示出来。在这种情况下，项目将在串行监视器上显示结果。如果您想为这个项目添加一些功能或复杂性，您可以添加一个 RGB 显示器。
说明
Arduino 超声波传感器示意图
来源： https://commons.wikimedia.org/
将 Arduino 板连接到 HC-SR04 传感器
首先，让我们连接我们的电路。同样，您会注意到该项目非常简单，您可以使用任何便宜的 Arduino 微控制器。
1. 使用一根跳线将 HC-SR04 传感器的 Vcc 引脚连接到 Arduino Mega 上的 5V 接头。
*注意： 您可以将面包板用作桥接器或将 HC-SR04 模块直接连接到 Arduino
2. 接下来，将超声波传感器模块上的 Gnd/GND 连接到 Arduino 微控制器上的接地 (GND) 接头
3.将超声波传感器模块的Trig（触发）引脚连接到Arduino微控制器上的接头10
4. 最后，将 Echo 引脚连接到 Arduino 微控制器上的接头 11
完成上述连接的保护后，您就可以开始编写代码了。您需要通过电缆将 Arduino 微控制器连接到 PC。同样，您必须确保已安装 Arduino IDE 并且它在所述计算机上正常运行。
项目编程
1. 将 Arduino 板连接到您的计算机。
2. 运行 Arduino IDE。
3.新建一个sketch，命名为sketch_nov08a。
4. 接下来，包括 NewPing.h 库。 (#Include
*注意：NewPing.h 库包含大量类和函数，可让您轻松编写超声波组件。
5. 接下来，实例化一个 NewPing 对象并将其命名为 Sonar (NewPing sonar(10,11, 20) ）。因此，Sonar 构造函数接受三个参数：
- 触发销
- 回声针
- 以厘米为单位的最大距离（HC-SR04 传感器的最大距离为 4m）
6. 在setup函数下，调用Serial通讯库中的begin函数，使用9600作为参数——Serial。开始（9600）
7.接下来，调用延迟函数，以60毫秒为参数(delay(50) )
8. 在循环函数下，添加对串行库中打印函数的调用，以“距离为：”作为参数（Serial.print(“距离为：”) ）。
9. 再次添加对 print 函数的调用。但这一次，从声纳对象添加对 ping_cm 函数的嵌套调用作为参数 (Serial.print(sonar.ping_cm()) )。
10.最后加上延迟1秒(delay(1000))
完成后，运行代码并将其移植到您已将电缆连接到的任何端口。最终的 Sketch 应该是这样的：
草图截图
来源： https://imgur.com/5pWRX1e
如果您正确编写和编译了上述代码，那么您的控制台/串行监视器屏幕将在您将物体放在传感器前时如下所示：
输出截图
来源： https://imgur.com/fTg4D5K
如果您对更具挑战性的项目感兴趣，何不访问我们的 Arduino 接近传感器指南？
结论
使用超声波或超声波是展示我们如何在日常技术中使用回声定位的好方法。上述指南探讨了超声波传感器是什么。此外，为了帮助您了解超声波检测的概念，我们还提供了一个简短的教程，向您展示如何将超声波模块与 Arduino 微控制器一起使用。尽管如此，我们希望您喜欢阅读本指南。一如既往，感谢您的阅读。
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