实验二十四：超声波传感器实验

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• Basic Experiment Kits For Raspberry Pi

模式选择

• 

模式说明

GPIO模式

• 
• 工作模式同老版本HC-SR04。外部MCU给模块Trig脚一个大于10uS的高电平脉冲；模块会给出一个与距离等比的高电平脉冲信号，
• 可根据脉宽时间“T”算出：距离=T*C/2 （C为声速）
• 声速温度公式：c=(331.45+0.61t/℃)m•s-1 (其中330.45是在0℃） 其中：
  • 0℃声速： 330.45M/S
  • 20℃声速： 342.62M/S
  • 40℃声速： 354.85M/S
  • 0℃-40℃声速误差7%左右。实际应用，如果需要精确距离值，必需要考虑温度影响，做温度补偿。

IIC模式

• • IIC地址： 0X57
  • IIC传输格式：
    • 写数据：
    • 读数据：
  • 命令格式：
  • 向模块写入0X01，模块开始测距；等待200mS(模块最大测距时间)以上。直接读出3个距离数据。BYTE_H，BYTE_M与BYTE_L。
  • 距离计算方式如下（单位mm）：
    • 距离=(（BYTE_H<<16）+（BYTE_M<<8）+ BYTE_L)/1000
    • 距离=( BYTE_H*65536 + BYTE_M*256 + BYTE_L )/1000

UART模式

• • UART模式：波特率9600，起始位1位，停止位1位，数据位8位，无奇偶校验位，无流控制
  • 连接串口。外部MCU或PC发命令0XA0，模块完成测距后发3个返回距离数据，BYTE_H，BYTE_M与BYTE_L。
  • 距离计算方式如下（单位mm）：
    • 距离=(（BYTE_H<<16）+（BYTE_M<<8）+ BYTE_L)/1000
    • 距离=( BYTE_H*65536 + BYTE_M*256 + BYTE_L )/1000

1-Wire模式

• 
• 外部 MCU 初始设置为输出，给模块 I/O 脚一个大于 10uS 的高电平脉冲；输出脉冲信号后，MCU 设置 为输入模式，等待模块给出的一个与距离等比的高电平脉冲信号；测量结束后 MCU 设置为输出模式，进行下次测量。
• 声速可根据脉宽时间“T”算出： 距离=T*C/2 （C 为声速）
• 声速温度公式：c=(331.45+0.61t/℃)m•s-1 (其中 330.45 是在 0℃）
  • 0℃声速： 330.45M/S
  • 20℃声速： 342.62M/S
  • 40℃声速： 354.85M/S
  • 0℃-40℃声速误差 7%左右。实际应用，如果需要精确距离值，必需要考虑温度影响，做温度补偿。

Arduino

• 以GPIO模式为例

实验现象

• 通过串口打印模块测量到的距离

电路连接

• 

主要程序

float       distance;
const int   echo=A4;                         //echO接A4脚
const int   trig=A5;                         //trig接A5脚
void setup()
{
  Serial.begin(9600);                       //波特率9600
  pinMode(echo,INPUT);                       //设置echo为输入脚
  pinMode(trig,OUTPUT);                      //设置trig为输出脚
  Serial.println(" RCWL-1XXX-TTL 测距开始：");
}
void loop()
{
 digitalWrite(trig,HIGH);
 delayMicroseconds(1);
 digitalWrite(trig,LOW); 
 distance  = pulseIn(echo,HIGH);             //计数接收高电平时间
 distance  = distance*340/2/10000;           //计算距离 1：声速：340M/S  2：实际距离为1/2声速距离 3：计数时钟为1US//温补公式：c=(331.45+0.61t/℃)m•s-1 (其中331.45是在0度）
 Serial.print("距离: ");
 Serial.print(distance);
 Serial.println("CM");
 delay(30);                                  //单次测离完成后加30mS的延时再进行下次测量。防止近距离测量时，测量到上次余波，导致测量不准确。
 delay(100);                                 //延时100mS再次测量，延时可不要
} 

树莓派

• 以GPIO模式为例

电路连接

• 

程序运行

Python

• 安装gpiozero库
  • 可以使下面命令来安装该库

sudo apt update
sudo apt install python3-gpiozero

• 其它树莓派上的系统可以使下面命令来安装该库：

sudo pip3 install gpiozero

• 运行以下语句可以查看树莓派GPIO口定义

pinout

• 下载树莓派参考例程，将文件解压后拷贝放在用户名目录下，运行

cd raspberrypi/24/python_gpiozero
python sensor.py

• 此时可看见树莓派在正确运行程序，若想退出，按ctrl+C即可
• 指令说明：gpiozero.InputDevice(pin, pull_up, active_state)
  • 主要参数：
    • pin：GPIO口编号；
    • pull_up: 内部上下拉电阻设置，
      • 设置为True时，GPIO引脚通过内部上拉电阻被拉高
      • 设置为Flase（默认）时，GPIO引脚通过内部下拉电阻被拉低
      • 设置为None时，GPIO引脚悬空，gpiozero无法猜测活动状态，必须设置active_state
    • active_state:
      • 设置为True时，当硬件引脚状态为“高”，软件显示引脚状态也为“高”
      • 设置为False时，则输入的极性相反，当硬件引脚状态为“高”，软件显示引脚状态为“低”
      • 当pull_up设置为None时，使用该参数设置未知的引脚活动状态
      • 当pull_up设置为True或者False时，引脚的活动状态被将自动赋值

• 指令说明：gpiozero.OutputDevice(pin, active_high, initial_value)
  • 主要参数：
    • pin: GPIO口编号，
    • active_high: 内部上下拉电阻设置，
      • 设置为True（默认）时，on（）将引脚设置为High，off（）将引脚设置为LOW。
      • 设置为Flase时，on（）将引脚设置为LOW，off（）将引脚设置为High。
    • initial_value:
      • 如果为False（默认值），则所有LED初始状态为关闭。
      • 如果为None，则所有LED初始状态不稳定。
      • 如果为True，则所有LED初始状态为关闭打开。
• 更多指令请查看gpiozero文档

例程下载

• Arduino例程
• 树莓派5例程 python

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