SR04声波传感器的Arduino编程详解

anna728

我们将一边学习各种传感器操作，一边深入学习Arduino编程。
再开始编程之前，首先我们需要熟悉SR04的原理。这里说个题外话：绝大多数的传感器电路和接口都是标准的，只要一样的型号，网上的文档都一样。这里我们用SR04声波传感器，某宝能买，不一定贵的就好，学习用的话随便买个价格不贵的就行。

一、SR04工作原理及接口
SR04是常见的一种声波传感器，可以用于测量距离，但实际使用中不易精确，不适宜用于精确测距(精确测距有激光测距模块，某宝就有夏普产的激光测距模块，七八十到几百块的都有，前期学习没必要用这么贵的，而且接口通信复杂，不适用于入门)，理论上SR04能达到10米，实际大多标称是四道五米，但实际使用又受环境影响，博主现在手里用的SR04是只有三米以内能比较准确，三米以上的范围就没法测了。
SR04都有四个引脚，VCC、GND(或者是类似〨这样的符号)、Echo、Trig。VCC一般可以接3.3V-5V电源，GND接地也就是负极，你可以直接接Arduino上的5V和GND引脚供电。Trig是启动信号引脚，使用的时候先给他10us以上的高电平，再拉低，SR04就会发送八个40khz的超声波，这时，我们直接对echo拉低(所谓拉高拉低就是输出高电平或者输出低电平)，然后就开始等待Echo啥时候变高了我们就开始计时，直到他变低为止，当它变低的时候，我们就可以根据这个时间计算距离了。
简单的说就是：Trig拉高10us以上》Trig拉低》ECHO变高》开始计时》ECHO变低结束计时。根据计算的时间经过计算可以得到距离。计算公式是距离=计算时间(单位：秒)×340米/秒÷2
需要注意的是Trig拉高10us以上！
也就是说你也可以拉高1ms，1s。反正只能多不能少。
如果你仅仅关心怎么编程的话，到这里为止已经足够了，你可以直接看后面的Arduino编程部分。如果你还希望了解SR04工作过程请继续往下看。
SR04有两个喇叭，Trig拉高10us以上再拉低后，SR04就会认为收到开始信号，其中一个喇叭会发出一个特定频率的超声波，发送后拉高Echo引脚，另一个喇叭接受这个超声波，在接受结束后拉低Echo引脚。这时候Echo保持高电平的时间就代表了这段超声波的往返时间，因为是往返的，所以计算过程需要÷2,变成单程的时间，再将这个单程时间乘以声速即340米/秒，得到的就是从当前位置到对面障碍物的距离。
二、SR04的Arduino编程
这里我们先将Echo接13，Trig接12。如下图(接线为自己画的，Arduino和SR04的模型源于网络)

接下来是代码部分。但是在上代码之前我们需要先了解一个脉冲计时函数pulseIn(pin,stat,timeout)，返回值是微秒数
其中pin是监听的端口号，stat可选LOW或HIGH，表示是低电平脉冲还是高电平脉冲，timeout为可选参数,单位是微秒，默认值是1000*1000us，用于指定脉冲等待时限
如pulseIn(12,HIGH,1000)表示从12号口计算高电平脉冲时间，最多等待1000us。这时候，Arduino会监听12号口变高电平，12号口变高后开始计时，变低后停止计时，并返回计算的微秒数。如果等待超过1000us，12号口都没变高，则等待超时返回0
这个函数清楚后我们就可以开始编程了
int sr_echo=13;
int sr_trig=12;
//-----------------------------------------------//
//这是距离获取函数
//这个函数执行时将执行对应操作通过sr04获取距离
//-----------------------------------------------//
float get_distances() {
  float sr_time=0,sr_dis=0;
  digitalWrite(sr_trig,LOW);        //先发送低电平，为发送启动信号做准备
  delay(1);    //延时1ms
  digitalWrite(sr_trig,HIGH);       //发送准备信号，准备信号是10us以上的高电平，这里我们发送1ms的高电平
  delay(1);    //让12号口保持高电平1ms
  digitalWrite(sr_trig,LOW);        //高电平发送后，延时结束，这时我们拉低电平，为读取回信做准备
  sr_time=pulseIn(sr_echo,HIGH);    //开始读取回信时间,即echo读入为高电平的时间
  sr_time=sr_time/1000/1000;    //将微秒单位转为秒单位
  sr_dis=sr_time*340/2;             //回信时间是往返时间所以要除2得到单程时间，声速大约是340M/S，因此再乘
  sr_dis*=100;    //将米单位转为厘米单位
  return sr_dis;
}
//-----------------------------------------------//
//这是设置程序
//这个函数将在单片机通电后或reset时执行
//-----------------------------------------------//
void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  pinMode(sr_echo, INPUT);    //设定sr_echo为输入模式
  pinMode(sr_trig, OUTPUT);   //设定sr_trig为输出模式
  Serial.begin(115200);       //设定的波特率
}
//-----------------------------------------------//
//这个函数是循环执行程序，它将在setup()之后被执行
//当这个函数执行完毕后将会自动重新执行
//-----------------------------------------------//
void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  Serial.println("read data");
  float sr_dis=get_distances();
  Serial.println(sr_dis);         //通过USB转串口向PC发送测得的距离
  delay(1000);
}
程序上传后，打开串口检测工具，你应该可以看到如下情况：

小心转动你的SR04，或者用你的手去遮挡它，对比串口工具显示的数值变化，再去阅读代码以及注释，或许你就能完全懂了。