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• • • 2.1 認識超聲波
    • 2.2 影響聲音傳播速度的因素
    • 2.3 超聲波傳感器簡介
    • 2.4 實驗
    • • 任務1：使用超聲波傳感器制作數字量尺
      • • 測量脈沖持續時間的pulseln()函數
    • 2.5 hc-sr04超聲波傳感器

超聲波選型指南

2.1 認識超聲波

可在空氣中傳播的超聲波頻率，大約介于20~200KHz之間，其衰減程度與頻率成正比（即頻率越高，傳播距離越短）
在室溫20°C的環境中，聲波的傳輸速度約為344m/s（**聲音在水中傳播的速度比在空氣快60倍），因此，假設超聲波往返的時間為600μs，可通過公式：$$距離=344米/秒\times \frac{傳播時間}{2}$$ 求得：被測物的距離為10.3cm。

2.2 影響聲音傳播速度的因素

空氣的密度會影響聲音的傳播速度，空氣的密度越高，聲音的傳播速度越快，而空氣的密度又與溫度密切相關，考慮溫度變化的聲音傳播速度的近似公式：
$$速度=V_0+0.6\times T$$
其中，$V_0$：聲音在0攝氏度時的傳播速度331.5米/秒。T：溫度

物體的形狀和材質會影響超聲波傳感器的效果和準確度，探測表面平整的墻壁和玻璃時，聲波將會入射角度反射回來；只要物體表面的坑洞尺寸小于聲波波長的$\frac{1}{4}$，即可視為平整表面。波長計算公式：
$$波長=\frac{相速度}{頻率}$$

2.3 超聲波傳感器簡介

超聲波傳感器模塊上面通常有兩個超聲波元器件，一個用于發射，一個用于接收。電路板上有4個引腳：VCC（正極）、Trig（觸發）、Echo（回應）、GND（接地），主要參數：

• 工作電壓與電流 ：5V、15mA。
• 感測距離 ：2~400cm
• 感測角度：不大于15°。
• 被測物的面積不要小于50cm2并且盡量平整。
• 具備溫度補償電路。
  在超聲波模塊的觸發腳位輸入10微妙以上的高電位，即可發射超聲波，發射超聲波之后，與接收到傳回的超聲波之前，“響應”腳位呈現高電位。因此，程序可從“響應”腳位的高電位脈沖持續時間，換算出被測物的距離。

2.4 實驗

任務1：使用超聲波傳感器制作數字量尺

實驗說明： 使用超聲波感測與障礙物之間的距離，顯示在串口監視器或LCD模塊。
實驗材料：

名稱數量

超聲波傳感器	1個

測量脈沖持續時間的pulseln()函數

Arduino提供一個測量脈沖時間長度的pulseln()函數，語法格式：

Syntax
pulseIn(pin, value)
pulseIn(pin, value, timeout)
此函數將傳回微妙單位的脈沖時間，建議用unsigned long類型的變量來存放。
pulseln()函數會等待脈沖出現再開始計時，預設的等待截止時間是1秒（即$10^6$微秒)，假如脈沖信號未在等待時間內出現，pulseln()將傳回0.假如有需要，指定timeout的值為10微秒~3分鐘的等待截止時間。
如果想要測量信號的頻率，可以采用Martin Nawrath開發的頻率計時器擴展庫“FreqCounter”。

Parameters
pin： the number of the pin on which you want to read the pulse. (int)
value: type of pulse to read: either HIGH or LOW. (int)

timeout (optional): the number of microseconds to wait for the pulse to start; default is one second (unsigned long)
實驗程序：

const byte trigPin = 10; const int echoPin = 9; unsigned long d; unsigned long ping() {digitalWrite(trigPIN, HIGH);delayMicroseconds(5);digitalWrite(trigPin, LOW);return pulseln(echoPin, HIGH); } void setup() {pinMode(trigPin, OUTPUT);pinMode(echoPin, INPUT);Serial.begin(9600); }void loop(){d = ping() / 58;Serial.print(d);Serial.print("cm");Serial.println();delay(1000); }

2.5 hc-sr04超聲波傳感器

HC-SR04超聲波傳感器使用聲納來確定物體的距離。它提供了非常好的非接觸范圍檢測，準確度高，讀數穩定，易于使用，尺寸從2厘米到400厘米或1英寸到13英尺不等。
其操作不受陽光或黑色材料的影響，盡管在聲學上，柔軟的材料（如布料等）可能難以檢測到。它配有超聲波發射器和接收器模塊。

技術規格

指標參考

電源	+ 5V DC
靜態電流	<2mA
工作電流	15mA
有效角度	<15°
測距距離	2厘米-400厘米/1英寸-13英尺
分辨率	0.3厘米
測量角度	30度

必需的組件
你將需要以下組件：

• 1 × Breadboard 面包板
• 1 × Arduino Uno R3
• 1 × 超聲波傳感器（HC-SR04）
  

Arduino代碼

const int pingPin = 7; // Trigger Pin of Ultrasonic Sensor const int echoPin = 6; // Echo Pin of Ultrasonic Sensorvoid setup() {Serial.begin(9600); // Starting Serial Terminal }void loop() {long duration, inches, cm;pinMode(pingPin, OUTPUT);digitalWrite(pingPin, LOW);delayMicroseconds(2);digitalWrite(pingPin, HIGH);delayMicroseconds(10);digitalWrite(pingPin, LOW);pinMode(echoPin, INPUT);duration = pulseIn(echoPin, HIGH);inches = microsecondsToInches(duration);cm = microsecondsToCentimeters(duration);Serial.print(inches);Serial.print("in, ");Serial.print(cm);Serial.print("cm");Serial.println();delay(100); }long microsecondsToInches(long microseconds) {return microseconds / 74 / 2; }long microsecondsToCentimeters(long microseconds) {return microseconds / 29 / 2; }

代碼說明
超聲波傳感器有四個端子：+5V，Trigger，Echo和GND，連接如下：超聲波傳感器有四個端子：+5V，Trigger，Echo和GND，連接如下：

• 將+5V引腳連接到Arduino板上的+5v。
• 將Trigger連接到Arduino板上的數字引腳7。
• 將Echo連接到Arduino板上的數字引腳6。
• 將GND連接到Arduino上的GND。

在我們的程序中，我們通過串口顯示了傳感器測量的距離，單位為英寸和厘米。
結果，你將在Arduino串口監視器上看到傳感器測量的距離，單位為英寸和厘米。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的arduino教程-08.超声波的应用的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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