树莓派连接超声波测距传感器

今天我们来玩超声波测距传感器。我购买的是型号是US-015，长得是下面这个样子：

可以看到它有四个引脚，除了电源VCC和地线GND外，主要靠Trig（触发）引脚和Echo(回波）引脚来测距。其工作原理如下图

其工作的时序图如下：

由于超声波电源为5V，在树莓派的官方文档中，5V的电压如果接到GPIO引脚，会烧坏树莓派（树莓派使用3.3V电压）。所以推荐在连接Echo引脚时通过电阻来做分压处理，其电路如下图所示：

如果我们手边没有330欧和470欧的电阻，也可以使用2个完全相同的电阻来做分压，电阻的大小不限，这样分压后的GPIO引脚可以得到2.5V的电平，仍然会读入为高电位（一般集成电路会把超过2伏作为高电位），可以得到同样的效果。（多说一句：我看到网上很多文章提供的电路都是让5v的Echo直接连接GPIO，也可以成功，我自己也试了一下，从我的经历看，树莓派没有被5v的电压烧毁，其原因应该是Echo一直输出低电位，只有在trig触发后的检测到回波时才短暂的输出5v高电位，所以很幸运的没有对树莓派造成影响，但 不建议大家尝试，否则后果自负！ ）

最终的电路连接好后如下图所示：

然后执行下面的程序，这段程序的逻辑就是向Trig引脚发送10us的高电平，触发超声波模块发送8个40khz的方波，然后读取Echo的高电位时间，此时间就是超声波从发送到返回的时间，也就是2个从传感器到阻挡物体的距离。

import RPi.GPIO as GPIO

from time import sleep,time

TRIG = 6      #传感器tirg引脚接GPIO6
ECHO = 17     #传感器Echo引脚接GPIO17，大家需要根据自己电路连接情况修改

GPIO.setmode(GPIO.BCM)    #设置为BCM模式。
GPIO.setup(TRIG,GPIO.OUT)  #把 GPIO6设置为输出
GPIO.setup(ECHO,GPIO.IN)   #把GPIO17设置为输入
GPIO.output(TRIG,0)    # 给Trig输出低电平
i = 1     # 测距计数器  
while True:
    print("-----start----",i)
    sleep(0.00002)    #让低电平保持20us
    GPIO.output(TRIG,1)   #触发trig，设置为高电位10us
    sleep(0.00001)       # 保持高电位10us
    GPIO.output(TRIG,0)  # 然后把trig设置为低电位
    while GPIO.input(ECHO) == 0:  # 当Echo为低电位时在此循环等待
        a = 1
    time1 = time()      # 当Echo为高电位时跳出上面的while循环，读取此时时间
    while GPIO.input(ECHO) == 1:   # 当Echo为高电位是循环，直到变为低电位
        a = 2
    time2 = time()      # 当Echo变为低电位时跳出上面while循环，读取当前时间   
    #print("time2:",time2)
    during = time2-time1   # 计算保持高电位的时间
    #print("during:",during)
    distance = during*340*100/2   # 高电位的时间 * 340米（声音速度）/2（往返），乘100转为厘米
    print("time1:",time1)
    print("time2:",time2)
    print("during:",during)
    print("distance:",distance)   # 显示测算的距离
    sleep(2)     
    i = i+1

运行程序时，在超声波前面移动书本，可以看到输出如下：

其实，GPIOZero其实已经实现了距离传感器，并且封装为可以直接使用的类DistanceSensor，用它的话代码会非常简单，其底层实现的机理和我们上面的代码其实是一样的。

from gpiozero import DistanceSensor
from time import sleep


sensor = DistanceSensor(echo=17, trigger=6)
while True:
    print('Distance: ', sensor.distance * 100)
    sleep(1)

运行结果如下：