基于 Arduino 和超声波传感器的自动门控制系统

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项目简介

如何使用超声波传感器 HR-SC04 实现自动开关门

本项目实现一套自动门开关系统。系统包含用于感应人或物体靠近门口的传感器。此类系统广泛应用于商场、超市等场所的自动门控制。

系统由 Arduino 单片机控制，包含直流电机（通过齿条齿轮驱动门扇滑动）、LCD 显示门状态、蜂鸣器在开门期间发声、以及控制器根据传感器检测结果控制门的开合。整套系统是一个运用机电一体化设计七步法设计的机电系统。

步骤 1：准备硬件材料与工具

LCD 和蜂鸣器非强制要求，仅为视觉和听觉提示门的开关状态。

材料清单：

1. 安装有 Arduino IDE 的电脑
2. Arduino 控制器（UNO、MEGA 均可，本项目选用低成本 UNO R3 用于学习及课程作业）
3. HR-SC04 超声波传感器（作为接近传感器感应人/物到达门口）
   工作原理：IO 口触发至少 10μs 高电平 → 模块自动发送 8 个 40kHz 方波并检测回波 → 若有回波，IO 输出高电平，高电平持续时间即为超声波往返时间 → 测试距离 = (高电平时间 × 声速 340m/s) / 2
4. 12V 直流电机（额定电流 70mA，最大 250mA，工作电压 3-12V，扭矩 1.9 Kgf.cm，空载转速 170RPM，减速比 1:48）
5. LCD：16×2 点阵
6. 压电蜂鸣器
7. 电机扩展板：L293D（四路大电流半 H 桥驱动器）
   使用原因：直接用 9-12V 供电驱动电机会抽取大电流，若直连 Arduino 5V 引脚易烧毁单片机。电机扩展板相当于功率放大器，保护单片机。
8. 机械结构件：用亚克力板制作带滑动门的房屋模型
9. 杜邦线
10. 电源

工具：万用表、电烙铁（非必需但推荐）

步骤 2：Arduino 程序

可下载附件 .ino 文件直接编译上传。

步骤 3：硬件连接

按原理图将所有硬件连接到 Arduino。附件原理图仅供参考，可根据实际板载引脚调整。最好参考我的程序确定引脚分配，如有疑问可联系我。

步骤 4：烧录程序并供电

将教程提供的 Arduino 草图上传至控制器。观看视频查看系统运行效果。

代码

Arduino 代码

#include 
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 8, 9, 1);
const int trigPin = 7;
const int echoPin = 4;
const int mt_En_Pin1 = 2;
const int mt_IN1_Pin2 = 3;
const int mt_IN2_Pin3 = 6;
int buzz = 10;
long duration;
int distance;

void setup() {
  lcd.clear();
  lcd.begin(16, 2);
  lcd.print("WELCOME");
  pinMode(trigPin, OUTPUT);
  pinMode(echoPin, INPUT);
  pinMode(mt_En_Pin1, OUTPUT);
  pinMode(mt_IN1_Pin2, OUTPUT);
  pinMode(mt_IN2_Pin3, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
  pinMode(buzz, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(trigPin, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  duration = pulseIn(echoPin, HIGH);
  distance = duration * 0.034 / 2;
  if (distance <= 5) {
    digitalWrite(13, HIGH);
    delay(1000);
    digitalWrite(mt_En_Pin1, HIGH);
    analogWrite(mt_IN1_Pin2, 50);
    analogWrite(mt_IN2_Pin3, 0);
    delay(2000);
    analogWrite(mt_IN1_Pin2, 0);
    analogWrite(mt_IN2_Pin3, 0);
    delay(1000);
    tone(buzz, 1000);
    delay(1000);
    tone(buzz, 1000);
    delay(1000);
    noTone(buzz);
    delay(3000);
    lcd.clear();
    lcd.setCursor(0,1);
    lcd.print("Please Enter");
    delay(1000);
    analogWrite(mt_IN1_Pin2, 0);
    analogWrite(mt_IN2_Pin3, 50);
    delay(3000);
  } else {
    digitalWrite(13, LOW);
    digitalWrite(mt_En_Pin1, LOW);
    analogWrite(mt_IN1_Pin2, 50);
    analogWrite(mt_IN2_Pin3, 0);
  }
}

自定义零件与外壳

连接硬件示意图

原理图

连接硬件原理图