超音波感測器（老外好像把它叫作 PING))) sensor）是由超音波發射器、接收器和控制電路所組成。當它被觸發的時候，會發射一連串 40 kHz 的聲波並且從離它最近的物體接收回音。超音波是人類耳朵無法聽見的聲音，因為它的頻率很高。
如下圖所示，超音波測量距離的方法，是測量聲音在感測器與物體之間往返經過的時間：
記得國中理化有教過，聲音在空氣中的傳播速度大約是每秒 340 公尺，傳播速度會受溫度影響，溫度愈高，傳播速度愈快。假設以 340 公尺計算，1000000 / 340 * 100 = 29.4 microseconds，四捨五入後，可知聲音傳播 1 公分所需的時間為 29 microseconds (百萬分之一秒）。
由於超音波從發射到返迴是兩段距離，因此在計算時必須將結果除以 2 才是正確的物體距離。所以我們可以利用底下的公式算出物體距離（距離單位為公分，其中 timing 是測量得到的音波傳播時間）：
timing / 29 / 2
超音波感測器主要應用在機器人或自走車避障、物體測距等。
HC-SR04
HC-SR04 是一個超音波感測器，價格大約 100 元左右，它可以探測的距離為 2cm-400cm，精度為 0.3 cm，感應角度為 15 度。
HC-SR04 的接線方式很簡單，總共只有 4 支接腳。
| HC-SR04 | Arduino |
| Vcc | +5V |
| Trig | GPIO |
| Echo | GPIO |
| GND | GND |
程式
Arduino 軟體內建了一個超音波測距的範例，Sketch 位置為 File > Examples > 06.Sensors > Ping，它所用的方法，是送出一個 HIGH 訊號到 Trig 腳位，接著測量音波從發射到返回的時間，再套用公式算出距離。
這邊我們不用 Arduino 內建的 Ping 範例，而是使用 HC-SR04 Ultrasonic Sensor Library，因為這個 library 已經把測距的公式都包成了函式庫，使用上比較方便。HCSR04Ultrasonic library 目前最新的版本是 1.1.2 版，可以在這裏下載。底下是一個範例:
這支程式每秒鐘會測量一次物體距離，並且將音波傳播時間（單位為 microseconds, MS）、物體距離（分成公分與英吋兩種單位，分別以 CM 和 IN 表示）印到 Serial Port。下圖是一個輸出結果：
LCD 顯示
知道超音波感測器的運作原理與使用方式後，只要結合 LCD 顯示器，便可以把測量到的距離顯示在 LCD 上。
▲ 利用超音波測量名片的長度，得 9.14 公分，還挺準的！
我用的是 I2C 16x2 LCD，關於 I2C 16x2 LCD 的使用方法，請參考「I2C 16x2 LCD 介紹」 。
完整程式碼如下：
0 意見:
張貼留言