超聲波是振動頻率高于20KHz的機械波，它具有頻率高、波長短、繞射現象小、方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點，在工業、國防、生物醫學等方面有廣泛應用，本篇介紹利用超聲波進行測距。

1. 測距原理

超聲波傳感器的發射器向某一方向發射超聲波，在發射的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。根據計時器記錄的時間t，聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，就可以計算出發射點距障礙物的距離s，即：s=340m/s × t / 2 。這就是所謂的時間差測距法。

2. 超聲波傳感器介紹

超聲波傳感器是將超聲波信號轉換成其他能量信號「通常是電信號」的傳感器。HC-SR04是比較常用的超聲波傳感器模塊，廣泛應用于機器人測距、小車避障等場合。

主要參數

• 電壓：DC5V
• 電流：15mA
• 頻率：40KHz
• 感應角度：<15度
• 探測距離：2cm—400cm
• 精度：3mm

使用說明

• 采用Trig引腳觸發測距，給至少10us的高電平信號。
• 模塊自動發送8個40KHz的方波，自動檢測是否有信號返回。
• 有信號返回后，通過Echo引腳輸出高電平，通過高電平持續時間獲取到時間量。

3. 實驗材料

• Uno R3開發板
• 配套USB數據線
• 面包板及配套連接線
• HC-SR04超聲波傳感器模塊

4. 實驗步驟

1. 根據原理圖搭建電路圖。

超聲波傳感器模塊的VCC、GND分別連接到開發板的5V、GND。傳感器的Trig引腳、Echo引腳分別連接到開發板的數字引腳2、3。

2. 新建sketch，拷貝如下代碼替換自動生成的代碼并進行保存。

1#define TrigPin 2
 2#define EchoPin 3
 3
 4float Value_cm;
 5
 6void setup() {
 7  Serial.begin(9600);
 8  pinMode(TrigPin, OUTPUT);
 9  pinMode(EchoPin, INPUT);
10}
11
12void loop() {
13  digitalWrite(TrigPin, LOW); //低高低電平發一個短時間脈沖去TrigPin
14  delayMicroseconds(2);
15  digitalWrite(TrigPin, HIGH);
16  delayMicroseconds(10);
17  digitalWrite(TrigPin, LOW);
18  Value_cm = float( pulseIn(EchoPin, HIGH) * 17 ) / 1000; 
19  //讀取一個引腳的脈沖（HIGH或LOW）。例如，如果value是HIGH，pulseIn()會等待引腳變為HIGH，開始計時，再等待引腳變為LOW并停止計時。
20  //接收到的高電平的時間(us)*340m/s/2=接收到高電平的時間(us)*17000cm/1000000us = 接收到高電平的時間*17/1000(cm) 
21  Serial.print(Value_cm);
22  Serial.println("cm");
23  delay(1000);
24}

3. 連接開發板，設置好對應端口號和開發板類型，進行程序下載。

程序下載

5. 實驗現象

打開串口監視器，波特率設置成與程序中相一致的9600。改變超聲波傳感器與遮擋物的距離，監視器中將顯示對應的距離。

實驗現象