超声波传感器与树莓派Pico W接口使用Arduino IDE

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@小白创作中心

超声波传感器与树莓派Pico W接口使用Arduino IDE

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来源

https://m.21ic.com/a/976872.html

本项目将介绍如何使用Arduino IDE将超声波传感器与Raspberry Pi Pico W连接起来。通过这个项目，你将了解如何使用超声波传感器测量距离，并基于此开发各种应用程序，如距离监控、对象检测和避障系统。

组件要求

超声波传感器模块
Raspberry Pi Pico W板
跳线和面包板

超声波传感器的工作原理

超声波传感器的工作原理是利用声波计算物体的距离，使其成为一种有效的距离测量传感器。它由两个超声波换能器组成，其中一个作为发射器，发射高频超声波信号。另一个换能器充当接收器，检测其路径上任何物体反射的回波信号。超声波传感器具有成本效益，接口简单，功耗低的特点。它们也可以用来测量水深，因为声波可以在水中传播。

测量距离的范围约为2cm ~ 400cm。工作的基本原理是：

触发引脚应该有至少10us的高电平信号。
模块通过发射器自动发送8个40khz频率信号，当脉冲发送时，回声引脚就会变高，当脉冲接收时，回声引脚就会变低。
如果信号返回，则回波引脚的高电平时间是从发送到返回超声波脉冲的持续时间。
距离计算：由控制器IC测量波传播距离所花费的时间，因此波传播的距离是用声速(340m/s)乘以波的时间长度来计算的。波传播的总距离的一半是物体到传感器的实际距离。

超声波传感器模块输出

超声波传感器的连接有四个端子：

VCC(电源)：该引脚连接电源，通常为5V。它为超声波传感器的工作提供必要的电压。
GND(接地)：接地引脚连接到电源的接地或0V基准。
TRIG(触发器)：TRIG引脚是一个输入引脚，触发超声波传感器发出10µs的超声波脉冲。你通常发送一个短的高电平脉冲到这个引脚来启动距离测量。
ECHO(回声)：ECHO引脚是一个输出引脚，它在物体反射超声波脉冲后感知它。通过测量该引脚上高电平的持续时间，可以计算到对象的距离。

电路连接

树莓派Pico W板提供多个GPIO数字引脚，因为三角和回波是数字引脚，因此您可以使用板上的任何数字引脚。关于它的兼容性和引脚，您可以参考之前创建的树莓派Pico w的博客。下面的电路图可以帮助您更好地理解连接。

超声波的Vcc或电源引脚应连接到电源电压为5v的Raspberry Pi Pico W的VBUS引脚上。

超声波的GND连接到Pico板的任何接地端子上。由于电路板上有各种接地端子，您可以使用其中任何一个。

传感器的三角引脚连接到Pico板的数字引脚GP20上。

Echo引脚连接到Pico板的GP21上。

实际连接图

代码实现

该代码使用传感器测量距离，并将测量的距离以厘米为单位显示到串行监视器上。

该程序设置了数字引脚，用于将传感器与Pico W板连接，因为我们知道超声波上有两个数字引脚用于通信。此外，我们还定义了一些必要的变量，以便在进一步的编程中存储数据。

在setup()函数中，执行了以下操作：

初始化串行通信并设置数字通信引脚的引脚模式。在这种情况下，三角引脚需要来自板的高信号，而Echo提供高时间，用于计算。因此，将三角引脚设置为输出以发送信号，而将回声引脚设置为输入以接收高时间。

在loop()函数中，我们知道触发引脚应该在10µs内处于HIGH状态以传输脉冲。因此,

触发引脚设置为LOW，以确保它处于已知状态。
延迟2微秒的触发引脚设置为高10微秒发送超声波脉冲。
触发引脚设置回LOW。
pulseIn()函数用于测量超声波脉冲返回所需的持续时间。它测量回声引脚保持高电平的持续时间，然后以微秒为单位返回持续时间。
距离可以简单地通过将持续时间(以µs为单位)乘以声速(大约340米/秒)并除以2来计算，因为脉冲传播到物体和返回的距离是距离的两倍。由于持续时间以µs为单位，因此为了将速度(340 m/s)转换为µs，我们还将方程除以10^4。
计算出的距离以厘米为单位打印在串行监视器上。
代码不断重复这个过程，每0.5秒测量一次距离并显示在串行监视器上。