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Arduino超声波测距实验教程

创作时间:

作者:

@小白创作中心

Arduino超声波测距实验教程

引用

来源

http://www.dzkfw.com.cn/jichu/Arduino/10178.html

超声波测距是一种常见的非接触式测量方法，广泛应用于各种场景中。本实验将使用Arduino UNO开发板和超声波传感器，通过编程实现一个数显超声波测距仪。

一、实验目的

熟悉超声波传感器基本性能
掌握超声波传感器测距原理
掌握超声波测距的编程方法
编程实现一个数显超声波测距仪

二、实验设备与环境

Arduino UNO套件、Arduino IDE、计算机、超声波传感器、1602 LCD显示屏等

三、实验重点

超声波测距编程
编程实现超声波测距的LCD数字显示

四、实验难点

超声波测距原理代码

五、实验内容

5.1 实验任务

任务描述：超声波传感器的使用与参数测定；脉宽测量函数pulseIn()的使用；编程实现超声波测距与LCD显示。

5.2 实验原理

超声波传感器

超声探头性能指标

探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，我们使用前必须预先了解它的性能。超声波传感器的主要性能指标包括：

(1) 工作频率：工作频率就是压电晶片的共振频率。当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。

(2) 工作温度：由于压电材料的居里点一般比较高，特别是诊断用超声波探头使用功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不失效。医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。

(3) 灵敏度：主要取决于制造晶片本身。机电耦合系数大，灵敏度高；反之，灵敏度低。

(4) 指向性：超声波传感器探测的范围。

超声波具有频率较高，沿直线传播、方向性好、绕射小、穿透力强、传播速度慢(约340m/s,与声速相同)等特点。

超声波测距原理

由超声波发射探头发出的超声波脉冲，经媒质(空气)传到物体表面，反射后通过媒质(空气)传到接收探头，测定出超声脉冲从发射到接收所需的时间，根据传输媒质中的声速，计算从探头到物体表面之间的距离。

距离的计算：

设探头到物体表面的距离为L,超声在空气中的传播速为v,从发射到接收所需的传播时间为t

测定距离：L = v×t/2。测出时间t,求出距离L。

超声波测距信号电平：

(1) 传感器Trig引脚触发信号电平脉冲

// 给TrigPin引脚一个10us的高电平触发脉冲

DitigalWrite(TrigPin,LOW);

delayMicroseconds(2);

DitigalWrite(TrigPin,HIGH);

delayMicroseconds(10);

DitigalWrite(TrigPin,LOW);

(2) 传感器被触发后，发射探头发出8个40KHz检测超声波脉冲，接收探头自动检测回波信号

(3) 回波信号检测，Echo引脚输出超声波从发出到返回持续时间t的高电平信号

pulseIn()函数检测电平持续时间

语法：pusle(EchonPin,HIGH|LOW)

参数说明：EchonPin，检测电平引脚；HIGH|LOW，读取引脚的高电平或低电平脉冲

continueTime = pulseIn(EchoPin,HIGH)//检测高电平持续时间（单位us）并赋值给变量

1602 LCD显示屏

显示屏电路、显示屏库函数（略）

Arduino超声波测距电路：

5.3 实验内容

超声波传感器参数测试

步骤1：如图所示，连接电路

步骤2：编写超声波测距、串口显示程序程序功能：间隔500ms测定一次距离；串口监视器以cm为单位实时显示测定的距离值

步骤3：程序调试（略）

LCD数字显示超声波测距

步骤1：如图所示，连接电路

步骤2：数字显示超声波测距程序代码实现功能：超声波测距；1602 LCD实时显示测定距离的值

步骤3：程序调试

源代码：

#include <LiquidCrystal.h>
#define LM35 A0
#define Trig 8 
#define Echo 9 
float cm; 
float temp;
LiquidCrystal lcd(12,11,5,4,3,2); 
int val = 0; 
void setup()
{
 lcd.begin(16,2); 
 lcd.print("Welcome to use!"); 
 delay(1000); 
 lcd.clear(); 
 pinMode(Trig, OUTPUT);
 pinMode(Echo, INPUT);
}
void loop()
{
 digitalWrite(Trig, LOW); 
 delayMicroseconds(2); 
 digitalWrite(Trig,HIGH); 
 delayMicroseconds(10); 
 digitalWrite(Trig, LOW); 
 temp = float(pulseIn(Echo, HIGH)); 
 cm = (temp * 17 )/1000; 
 lcd.setCursor(0,0); 
 lcd.print("Now Distance："); 
 lcd.setCursor(2,1); 
 lcd.print(cm); 
 lcd.print("cm"); 
 delay(1000); 
}