HC sr04：超声波测距传感器如何工作以及与Arduino的接口？

超声波是频率超过正常人类听觉范围（大于 20kHz）的高频声波。 一种类型的超声波传感器是 HC-SR04，它可以感应距离它 13 英尺的物体。在本文中，我们将向您展示传感器的工作原理以及与 Arduino 的接口项目。

与超声波相比的频率范围

 HC SR04超声波测距传感器概述

• 硬件概述

一个 hc-sr04 超声波（美国）传感器包括两个超声波换能器；发射器和接收器。

发射器 (T) 和接收器 (R)

接收器等待并接收发射脉冲，而发射器将电信号转换为 40KHz 的超声波脉冲。

• 规格

规格包括：

尺寸 – 45 x 20 x 15mm

触发输入信号——10微秒TTL脉冲

测量角度——15°

测距精度——3mm

最小范围 - 2cm

最大范围 - 4cm

工作频率——40KHz

工作电压——DC 5V电源

Hc-sr04 超声波测距针

超声波传感器 HC-SR04 的引脚排列

我们将超声波传感器hc-sr04的引脚配置总结如下表。

引脚号	别针名称	引脚说明
1	Vcc	是传感器的供电引脚（5V供电电压）。
2	触发/触发	它用作输入引脚。始终保持高电平 10µs 以通过发送超声波开始测量。
3	回声	它充当输出引脚。回波引脚在一段时间内保持高电平，相当于超声脉冲返回 hc-sr04 所需的时间。
4	接地	它连接到系统的地。

HC-SR04超声波测距传感器的工作原理是什么？

Hc-sr04 通过产生大约 40K Hz 的超声波来工作，该超声波通过空气传播。如果超声波脉冲在其行进路径中遇到障碍物或物体，它会反弹回传感器。

超声波传感器的工作原理

产生超声波

首先，确保 trigPin 处于高电平状态 10 微秒，发送以声速传播的 8 周期超声波脉冲串。随后，echoPin 将在发送突发后变高。之后，echoPin 将等待或收听您要从物体反射的超声波。

如果没有对象存在，则 echoPin 将在 38 毫秒后进入低状态。

但是，如果有物体反射超声波脉冲，则 echoPin 会在 38ms 之前进入 Low 状态。

通过 Echo 引脚处于高电平状态的持续时间信息，我们可以计算出声波传播的距离。我们还将确定从 hc-sr04 到对象的距离。

距离 =（速度 X 时间）/2

借此；

时间 =echoPin 为高的时间量（假设为 2 毫秒）

速度 =声速（340m/s 或 340cm/s）

将结果除以二有助于测量声波在反弹之前到达物体所需的持续时间。

所以;

距离 =(速度 × 时间)/2 =(34cm/ms × 1.5ms) / 2 =25.5cm

现在传感器到物体的距离是 25.5 厘米。

Hc sr04 尺寸

HC-SR04传感器尺寸如下图：

HC-SR04 尺寸

但是，请注意，由于制造商不同，尺寸总是会有所不同。

Hc-sr04 连接到 Arduino

有多种方法可以连接您的传感器，包括使用 I2C、Raspberry Pi 和 Arduino。对于今天的项目，我们将使用 Arduino 板。

所需材料

• Grove 超声波距离传感器
• 格罗夫基地盾
• 面包板和跳线

• Arduino UNO 板

指南

连接硬件

• 首先将传感器连接到端口 D7 上基于 Grove 的屏蔽层。
• 其次，将基于 Grove 的扩展板插入 Arduino 板。
• 然后，使用 USB 数据线将 Arduino 连接到计算机。

引脚连接见下表。

Arduino UNO	HC-SR04超声波传感器
接地	接地
-3（或任何其他数字 I/O）引脚）	回声
2（或任何其他数字 I/O）引脚）	触发引脚
5V	Vcc

HC-SR04 超声波传感器和 Arduino 接线图

配置软件

• 搜索 GitHub 网站并下载超声波传感器库 来自它。
• 接下来，将代码复制并粘贴到 Arduino IDE 中，然后您将在其中上传代码。

代码如下所示。

代码详解

首先定义 Echo 和 Trig 引脚，即 pin3 (echoPin) 和 pin2 (trigPin)。此外，我们需要一个整数变量来表示距离和一个长变量（“持续时间”）来了解传感器的行程时间。

此外，将 echoPin 定义为输入，而trip-in 将是输出。然后，开始将在串行监视器屏幕上显示结果的串行通信。

确保您有一个明确的 trigPin，以便您可以在循环期间将其设置为 LOW 状态约两微秒。稍后，将引脚的设置提高到十微秒的高状态以产生超声波。

接下来，有一个 pulseIn() 具有两个参数的功能键，即，

• 您要读取的脉搏状态（低或高），或
• Echo 引脚的名称。

使用该函数读取旅行时间，然后将值放入“duration”变量中。

我们将 echoPin 设置为高，因为 HC-SR04 传感器在从发射器传输 8 周期超声波脉冲后自动将其设置为高。因此，计时开始，但在接收到反射声波后，由于回声引脚变为低电平，计时停止。

最终，pulseIn() 函数以微秒为单位返回脉冲长度。

我们将使用前面讨论的公式来获得从这里开始的距离。因此，将持续时间乘以 0.034，然后将该值除以 2。

最后，打印出串行监视器上显示的最终距离值。

HC-SR04的应用限制

与其他低成本超声波传感器相比，我们认为 HC-SR04 传感器非常适合可用性和高精度。但是，传感器可能会带来一些挑战，如下面的示例所示。

• 首先，传感器可能很难检测到柔软、不规则的表面物体（例如毛绒玩具），因为这些物体会吸收但不反射声音。
• 其次，将 HC-SR04 传感器安装在设备的低位通常会导致地板反射声，而不是设备反射声。此外，物体可能太小，因此无法将足够的声音反射到 HC-SR04。
• 那么，如果固体物体的反射面角度较浅，声音就不会反射 HC-SR04。
• 最后，如果障碍物/物体与传感器之间的距离超过 13 英尺，则不会有声音反射。

结论

HC-SR04 是一种流行的传感器，易于连接、价格合理且功耗低，因此非常适合电池供电的设备。它具有广泛的应用范围，包括测量距离在 2cm 到 400cm 距离内的距离、测绘周围的物体等。

如果您想了解更多关于超声波传感器的信息，您可以联系我们。我们将非常高兴收到您的来信。