超声波测距原理与代码实现详解

超声波测距原理与代码实现详解

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/qq_59510647/article/details/138501586

超声波测距是一种常见的非接触式测距方法，广泛应用于机器人、自动化设备等领域。本文将详细介绍基于HC-SR04模块的超声波测距原理、硬件接线、时序控制以及具体的代码实现，帮助读者快速掌握这一实用技术。

超声波测距

1. 测距原理基本说明

超声波测距模块通过发送和接收超声波，利用时间差和声音传播速度，计算出模块到前方障碍物的距离。常用的型号是HC-SR04，其除了两个电源引脚外，还有TRIG（触发）和ECHO（回声）两个信号引脚。

2. 接线说明

• VCC 接 5V
• GND 接 GND
• TRIG 接 GPIO 0
• ECHO 接 GPIO 1

发波与接收机制

• 发波：给 TRIG 端口至少 10us 的高电平
• 开始发波判断：Echo 信号由低电平跳转到高电平
• 接收返回波判断：Echo 信号由高电平跳转回低电平
• 时间计算：Echo 引脚维持高电平的时间
• 距离计算：距离 = 速度（340m/s）* 时间 / 2

3. 时序说明

4. 时间函数

在实现中，需要使用高精度时间函数来准确测量超声波往返时间。以下是相关函数原型和结构体定义：

#include<sys/time.h>
int gettimeofday(struct timeval *tv,struct timezone *tz )
gettimeofday()//会把目前的时间用tv 结构体返回，当地时区的信息则放到tz所指的结构中

struct timeval
{
long tv_sec;/*秒*/
long tv_usec;/*微妙*/
};

测试代码

以下是一个测试代码示例，用于计算程序在当前环境中数数10万次耗时：

//计算程序在当前环境中数数10万次耗时多少
#include <sys/time.h>//时间头文件
#include <stdio.h>
//int gettimeofday(struct timeval *tv,struct timezone *tz )
void mydelay()
{
    int i,j;
    for(i=0;i<100;i++){
    for(j=0;j<1000;j++);
    }
}
int main()
{
    struct timeval startTime;//启动时间
    struct timeval stopTime;//结束时间
    
    gettimeofday(&startTime,NULL);
    mydelay();//开始数数
    gettimeofday(&stopTime,NULL);
    
    long diffTime = 1000000*(stopTime.tv_sec - startTime.tv_sec) +(stopTime.tv_usec -startTime.tv_usec);//计算秒的差值+微秒的差值
    
    printf("全志H6的Linux数100000耗	时%ldus\n",diffTime);
    
    return 0;
}

5. 代码实现和验证

以下是完整的代码实现，包括初始化、测距函数以及主循环：

#include <stdio.h>
#include <sys/time.h>//时间操作库，用于获取高精度时间
#include <wiringPi.h>// Wiring Pi库，用于树莓派的GPIO操作
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#define Trig 0//定义触发引脚为GPIO 0
#define Echo 1// 定义回声引脚为GPIO 1

// 函数用于测量距离并返回以厘米为单位的值
double getDistance()
{
    double dis;//储存算出的距离
    struct timeval start;//开始时间
    struct timeval stop;//结束时间
    
    pinMode(Trig, OUTPUT);// 设置触发引脚为输出模式
    pinMode(Echo, INPUT);//设置回声引脚为输入模式
    
    digitalWrite(Trig ,LOW);//触发引脚拉低
    usleep(5);//维持5微秒低电平
    
    digitalWrite(Trig ,HIGH);//将触发引脚拉高，发送超声波脉冲
    usleep(10);//维持10微秒高电平
    digitalWrite(Trig ,LOW);//再拉下去才是一个10微秒的方波
    /*above init CSB*/
    
    while(!digitalRead(Echo));//等待回声引脚变为高电平，表示超声波被反射回来
    gettimeofday(&start,NULL);//获取开始时间
    while(digitalRead(Echo));// 等待回声引脚再次变为低电平，表示超声波的回波已经被接收完毕
    gettimeofday(&stop,NULL);//获取结束时间
    
    long diffTime = 1000000*(stop.tv_sec-start.tv_sec)+(stop.tv_usec - start.tv_usec);// 计算超声波往返的时间差（微秒）
    printf("diffTime = %ld\n",diffTime);
    dis = (double)diffTime/1000000 * 34000 / 2;//根据超声波在空气中的传播速度（34000厘米/秒）和时间差计算距离 
    
    return dis;// 返回计算出的距离
}

int main()
{
    double dis;
    if(wiringPiSetup() == -1){//初始化wiringPi库，如果失败则打印错误并退出
        fprintf(stderr,"%s","initWringPi error");
        exit(-1);//异常退出程序
   }
    while(1){
        dis = getDistance();// 调用函数测量距离
        printf("dis = %lf\n",dis);
        usleep(500000);// 暂停0.5秒，用于下一次测量
   }
    return 0;
}   

5.1 验证结果