如何连接和使用HC-SR04超声波距离传感器

距离传感器是机器人项目最有用的传感器之一。 HC-SR04超声波距离传感器价格便宜，并且可以帮助您的机器人在房间周围导航。通过一些努力和额外的组件，它也可以用作测量设备。在本篇文章中，您将学习到通过Arduino开发板使用这个美妙的小设备所需要知道的一切。

HC-SR04超声波距离传感器

HC-SR04超声波距离传感器是一种便宜的设备，对于机器人和测试设备项目非常有用。这个微小的传感器能​​够测量自身和最近的固体物体之间的距离，如果您试图避免进入墙壁，这是非常好的信息！

HC-SR04可以直接连接到Arduino或其他微控制器，它的工作电压为5伏。它也可以与Raspberry Pi一起使用，但是由于HC-SR04需要5V电压，因此需要一对电阻来连接Pi的3.3V GPIO端口。

这种超声波距离传感器能够测量2厘米到400厘米之间的距离（对于那些不会说“公制”的人来说，大约在1英寸到13英尺之间）。这是一个低电流设备，所以它适用于电池供电设备。作为奖励，它甚至看起来很酷，就像一对Wall-E机器人的眼睛为您的最新机器人发明！

那么请继续阅读，并告诉您如何连接和使用HC-SR04超声波距离传感器。我们也会通过一些测试来看看它是多么准确，我们将看看我们如何能够提高精度。当然，我会有一些示例代码和项目供您试用。让我们开始吧！

HC-SR04的工作原理

超声波距离传感器使用超声波脉冲（超出人类听觉范围的声音）来检测它们与附近固体物体之间的距离。传感器由两个主要部分组成：

● 超声波发射机 - 发射超声波脉冲，它工作在40KHz。

● 超声波接收机 - 接收发射的脉冲。如果接收到它们，则会产生一个输出脉冲，其宽度可用于确定脉冲行进的距离。

HC-SR04有以下四个连接：

● VCC - 5V正电源。

● Trig - “触发器”引脚，驱动该引脚发送超声波脉冲。

● Echo - 当接收到反射信号时产生脉冲的引脚。脉冲的长度与发送信号被检测到的时间成正比。

● GND - 接地引脚。

该设备的工作过程如下：

1. 一个持续时间至少10微秒的5伏脉冲施加到Trigger引脚。

2. HC-SR04通过以40KHz发送8个脉冲来响应。这个8脉冲模式使得设备的“超声波签名”是独一无二的，使接收机能够区分发射模式和超声背景噪声。

3. 八个超声波脉冲通过远离发射机的空气传播。同时，Echo引脚变为高电平，开始形成回波信号的开始。

4. 如果脉冲信号不反射回来，则回声信号将在38毫秒（38毫秒）后超时并返回低电平。这会产生一个38毫秒的脉冲，表明传感器范围内没有任何障碍物。

5. 如果脉冲被反射回来，当收到信号时，Echo引脚变为低电平。这产生了一个脉冲，其宽度在150μs到25mS之间变化，这取决于信号被接收所花费的时间。

6. 接收到的脉冲宽度用于计算到反射物体的距离。请记住，脉冲表示信号被发送出去并反射回来的时间，所以你需要将结果除以2来得到距离。

下图显示了HC-SR04超声波距离传感器的尺寸以及有效操作角度。正如你所看到的，当待检测物体直接位于其前面时，传感器是最准确的，但是你可以在45度“视角”内得到物体的响应。文件建议将窗口限制在30度（两边15度）以获得准确的读数。

连接HC-SR04

将HC-SR04连接到Arduino非常简单。您将需要一些数字I / O端口，并连接到Arduino的5V和接地引脚。

事实上，如果你缺少引脚，甚至可以将HC-SR04的触发和回声引脚连接到Arduino上的一个数字I / O引脚，并使用代码在输出之间切换引脚（发送10 us脉冲）和输入（接收回声脉冲）。有些超声波传感器实际上只有一个引脚兼有触发和回声。我会进一步讨论这个问题，继续往下看，所以请继续阅读。

我将在这里向大家展示的大多数示例都使用更传统的双引脚方法。任何免费的Arduino和任意数字I / O引脚都可以使用，所以如果你希望把它连接到一组不同的I / O引脚，只需要改变示例来反映这些变化。演示程序中我将使用Arduino Uno，引脚10为Trigger，引脚13为Echo。

HC-SR04的应用笔记强调，在连接VCC之前，您需要连接接地引脚，所以如果您在面包板上进行“实时”实验，则可能需要牢记这一点。

所以现在我们已经连接了超声波距离传感器，是时候来编写代码并进行测试了。
编辑：hfy