第06课 超声波模块#
6.1 项目介绍：#
想象一下，蝙蝠在黑暗中飞行时为什么不会撞到墙壁？因为它们会发出人耳听不到的超声波，并通过接收回声来判断障碍物的位置。这就是“回声定位”。
在本课中，我们将使用 HC-SR04 超声波传感器，它就像电子蝙蝠的“眼睛”。它可以非接触地测量物体与传感器之间的距离，并且读数非常稳定。我们将学习如何利用 Arduino 开发板读取这些数据，并在电脑上显示出来，甚至用它来控制 LED 灯的亮灭，实现简单的避障或报警功能。
6.2 元件知识：#
超声波传感器: 可以检测前方是否存在障碍物，并且检测出传感器与障碍物的详细距离。传感器主要用到CS100A芯片，它同时兼营3.3V与5V工作电压。最大测试距离为3米（实际受各种环境因素的影响，一般很难达到3米的）；盲区小于4CM。
它的测距原理和蝙蝠飞行的原理一样，就是超声波模块发送出一种频率很高，人体无法听到的超声波信号。这些超声波的信号若是碰到障碍物，就会立刻反射回来，在接收到返回的信息之后，通过判断发射信号和接收信号的时间差，计算出传感器和障碍物的距离。
超声波参数：
工作电压: DC 5V
静态电流: <2mA
工作电流: 50mA~100mA，正常为65mA
最大功率：0.5W
最大探测距离：3m
盲区：小于4cm
感应角度：不大于15度
触发输入信号：10us TTL脉冲
工作原理：
最常用的超声测距的方法是回声探测法。当有脉冲电压触发时（单片机给Trig引脚发送高电平），超声波发射器探头里的晶片就会振动，继而产生超声波。在超声波发射时刻的同时计数器开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物面阻挡就立即反射回来（Echo引脚发送高电平信号给单片机），超声波接收器收到反射回的超声波就立即停止计时。
超声波是一种声波，其声速V与温度有关。一般情况下超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出超声波探头发射点距障碍物面的距离s，即：s=340t/2 。
HC-SR04超声波测距模块可提供范围为2厘米至3米的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm。超声波传感器包括超声波发射器、超声波接收器与控制电路。其基本工作原理：
(1) 采用IO口Trig触发测距，给至少10us的高电平信号;
(2) 模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；
(3) 有信号返回，通过IO口Echo输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间；
(4) 距离 =（高电平时间 x 声速（340M/S）） / 2
⚠️ 注意:
此模块不应在通电时连接，如有必要，先连接模块的 GND。否则，会影响模块的工作。
被测物体的面积应至少为 0.5 平方米，并尽可能平坦。否则，它会影响结果。
6.3 项目组件：#
组装好的智能车(未插上蓝牙模块) *1 |
草帽LED白发红模块 *1 |
3Pin 双母头杜邦线 *1 |
|---|---|---|
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USB线 *1 |
5号(1.5V)电池 *6（电池自备） |
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6.4 接线图：#
⚠️ 特别注意：4WD智能车已经组装好了，这里不需要把超声波传感器拆下来又重新组装和接线，这里再次提供接线图，是为了方便您编写代码！
超声波传感器 |
电机驱动扩展板 |
|---|---|
Vcc |
5V |
Trig |
D12 |
Echo |
D13 |
Gnd |
G |
⚠️ 特别注意：
接线时请确保电源断开(拔掉Arduino主控板上的USB线或将电机驱动扩展板上的拨码开关拨到 “OFF” 端)，避免短路。
电源连接：电池盒电源接到电机驱动扩展板的 BAT 接口（注意正负极不要接反），端口正反面，请勿反插，否则会损坏端口。
电池正负极切勿接反，否则可能烧毁电机驱动扩展板。
电机驱动扩展板上的拨码开关拨到 “ON” 端。
6.5 示例代码 1：基础测距#
编写代码读取距离并在串口监视器中显示。
⚠️ 重要提示：
上传示例代码前，请务必拔掉蓝牙模块！ 因为蓝牙模块也占用Arduino的串口通信（TX/RX），如果不拔掉，示例代码上传会失败。
6.6 项目结果1：#
⚠️ 重要提示：
上传示例代码前，请务必拔掉蓝牙模块！ 因为蓝牙模块也占用Arduino的串口通信（TX/RX），如果不拔掉，示例代码上传会失败。
外接电源，将电机驱动扩展板上的拨码开关拨到 “ON” 端，上电后。选择好正确的开发板板型（Arduino/Genuino Uno）和 适当的串口端口（COMxx），然后单击 
按钮上传示例代码1至Arduino控制板。
代码上传成功后，单击Mixly IDE左上角的
，出现串口监视器窗口，设置串口波特率为 9600。，我们可以看到超声波模块显示的距离，单位是厘米和英寸。用手阻挡超声波模块，我们看到显示距离的数值变小了。
6.7 代码说明:#
作用：定义变量distance1, distance2，分别用于储存超声波传感器检测到的厘米单位距离值和英寸单位距离值。
作用：读取距离值。将超声波传感器读取的厘米单位距离值储存到变量distance1中，然后厘米单位距离值 X 0.3937转化成英寸单位距离值，再将英尺单位距离值储存到变量distance2中。
作用：串口打印厘米单位距离值和英寸单位距离值。
6.8 示例代码2：距离报警#
我们刚刚测出了超声波显示的距离，那我们动动脑筋，能不能用测出的距离来做一些控制呢？当然是可以的，那么接下来使用测出的距离来控制一个LED灯的亮和灭。
硬件连接：
⚠️ 特别注意：4WD智能车已经组装好了，这里不需要把超声波传感器拆下来又重新组装和接线，这里再次提供接线图，是为了方便您编写代码！但是，LED模块是需要你自己接线的。
超声波传感器 |
电机驱动扩展板 |
|---|---|
Vcc |
5V |
Trig |
D12 |
Echo |
D13 |
Gnd |
G |
LED 模块 |
电机驱动扩展板 |
|---|---|
GND |
G |
VCC |
5V |
S |
S(D9) |
⚠️ 特别注意：
接线时请确保电源断开(拔掉Arduino主控板上的USB线或将电机驱动扩展板上的拨码开关拨到 “OFF” 端)，避免短路。
电源连接：电池盒电源接到电机驱动扩展板的 BAT 接口（注意正负极不要接反），端口正反面，请勿反插，否则会损坏端口。
电池正负极切勿接反，否则可能烧毁电机驱动扩展板。
电机驱动扩展板上的拨码开关拨到 “ON” 端。
⚠️ 重要提示：
上传示例代码前，请务必拔掉蓝牙模块！ 因为蓝牙模块也占用Arduino的串口通信（TX/RX），如果不拔掉，示例代码上传会失败。
6.9 项目结果2：#
⚠️ 重要提示：
上传示例代码前，请务必拔掉蓝牙模块！ 因为蓝牙模块也占用Arduino的串口通信（TX/RX），如果不拔掉，示例代码上传会失败。
外接电源，将电机驱动扩展板上的拨码开关拨到 “ON” 端，上电后。选择好正确的开发板板型（Arduino/Genuino Uno）和 适当的串口端口（COMxx），然后单击 按钮上传示例代码2至Arduino控制板。
当你的手或物体靠近传感器（距离小于等于 10 厘米且大于等于 2 厘米）时，连接在引脚 9 的 LED 灯会亮起；当你移开物体，距离变远时，LED 灯会自动熄灭。这就模拟了一个简单的倒车雷达或避障警报系统！
