資訊專欄INFORMATION COLUMN
摘要：超聲波傳感器，英文，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波，它有一個(gè)重要作用，可以提前探測(cè)到附近的物體，而且通過(guò)聲波速度，能夠推算出附近物體離傳感器的大概距離。
超聲波傳感器，英文ultrasonic sensor，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波，它有一個(gè)重要作用，可以提前探測(cè)到附近的物體，而且通過(guò)聲波速度，能夠推算出附近物體離傳感器的大概距離。
HC-SR04是一種非常流行的、很便宜的超聲波傳感器，非常適合進(jìn)行嵌入式編程的技術(shù)試驗(yàn)，它是智能避障小車的一個(gè)關(guān)鍵部件，可以提前發(fā)現(xiàn)小車前方的障礙物，相應(yīng)做出轉(zhuǎn)彎或后退的動(dòng)作。
HC-SR04長(zhǎng)的模樣見(jiàn)下圖，它的工作電壓為5V，據(jù)說(shuō)HC-SR04P或HC-SR04+新型號(hào)可以工作在3V電壓下。
現(xiàn)在我們的任務(wù)是把它接入樹(shù)莓派Pico里，來(lái)感知位于它前方物體的距離。
先觀察它的針腳，只有4個(gè)，左邊是Vcc，接5V正極，右側(cè) GND接地。我手里的HC-SR04是5V版本的，Vcc接Pico的VBUS即可。
現(xiàn)在還剩下2個(gè)針腳，Trig和Echo。
Trig負(fù)責(zé)控制是否發(fā)射超聲波，如果給它高電位，則發(fā)射；如果低電位，則停止發(fā)射。這里，我們要把它接到Pico的一個(gè)GPIO引腳，讓Pico控制它，我把它直接連接到GP18引腳。
Echo的連接稍微復(fù)雜一點(diǎn)，Echo的英文意思是“回聲”，意思是接收超聲波信號(hào)。如果接收到超聲波，則高電位；如果沒(méi)收到，則為低電位。
重要提醒：
我的HC-SR04的工作電壓為5V，那么echo針腳的電位也相應(yīng)是5V，而Pico的工作電壓為3.3V，如果直接把echo的輸出信號(hào)連接到GPIO引腳上，會(huì)超過(guò)Pico的工作電壓，有損壞Pico的可能性，所以需要做降壓處理。
網(wǎng)上有些教程沒(méi)有說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，把echo輸出直接連到GPIO引腳上，比如這篇文章。
一種解決方案是加入3.3V-5.5V電平轉(zhuǎn)換器，一個(gè)非常便宜的小元件，比如這篇文章。
還有一種解決方案，只需要增加2個(gè)電阻，再加上清晰的頭腦和認(rèn)真的連線即可，我參考了這篇文章的說(shuō)明。
用到高中物理知識(shí)，得到電阻的計(jì)算公式。我們這里的Vin=5，Vout=3.3，所以R1/R2 = 0.515，如果R1選1000歐，那么R2約為2000歐。
所以，從Echo串上一個(gè)1000Ω的電阻，接到GP26引腳，再串一個(gè)2000Ω的電阻接地，就可以有效保護(hù)Pico的引腳。最后的邏輯連線圖：
實(shí)際連接圖（電阻絲非常細(xì)，又比較長(zhǎng)，拍攝角度不容易看清楚連接關(guān)系）：
看懂代碼，需要了解一下超聲波測(cè)距的基本原理。傳感器的T端（Transmitter）發(fā)出超聲波，遇到障礙物之后，超聲波返回，被傳感器的R端（Receiver）接收到，根據(jù)時(shí)間差和聲音的速度，可以求出距離。
HC-SR04就是這樣工作的：
1）Trigger收到一個(gè)長(zhǎng)達(dá)10us的方波后，開(kāi)始發(fā)出超聲波
2）傳感器內(nèi)部發(fā)出8組40KHz的方波，然后接收回聲
3）方波發(fā)送完成后，ECHO變?yōu)楦唠娢?，收到回聲的時(shí)候，ECHO為低電位
下面這段代碼，一開(kāi)始的2us是把電位置零，再產(chǎn)生10us的方波。
trigger.low()utime.sleep_us(2)trigger.high()utime.sleep_us(10)trigger.low()然后把ECHO處于高電位的時(shí)間段計(jì)算出來(lái)，乘以聲音的速度，由于超聲波跑了雙程，所以還要除以2，最后求出距離，這里的單位是厘米。
while echo.value() == 0: start = utime.ticks_us()while echo.value() == 1: end = utime.ticks_us()d = (end - start) * 0.0343 / 2最后的所有源代碼：
from machine import Pinimport utime# 超聲波測(cè)距，單位：厘米def getDistance(trigger, echo): # 產(chǎn)生10us的方波 trigger.low() utime.sleep_us(2) trigger.high() utime.sleep_us(10) trigger.low() while echo.value() == 0: start = utime.ticks_us() while echo.value() == 1: end = utime.ticks_us() d = (end - start) * 0.0343 / 2 return d# 主程序trigger = Pin(18, Pin.OUT)echo = Pin(26, Pin.IN)while True: distance = getDistance(trigger, echo) print("距離：{:.2f} cm".format(distance)) utime.sleep(1)看HC-SR04的規(guī)格說(shuō)明書(shū)，它能判斷出傳感器前方15度范圍內(nèi)的2厘米~5米距離的障礙物，分辨率達(dá)3毫米。
這里的計(jì)算距離的函數(shù)已經(jīng)非常簡(jiǎn)化，有時(shí)會(huì)不太準(zhǔn)確，可以多取幾次求平均，另外，如果你對(duì)距離精度有更高的要求，那就要換其它的傳感器了。
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