超声波传感器是如何测距的？

超声波传感器的测距原理

超声波传感器是将超声波信号转换成其他能量信号（通常是电信号）的传感器。超声波是振动频率高于20kHz的机械波。它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。超声波传感器广泛应用在工业、国防、生物医学等方面

HC-SR04

最常用的超声测距的方法是回声探测法，如下图，超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时计数器开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物面阻挡就立即反射回来，超声波接收器收到反射回的超声波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物面的距离s，即：s=340t/2

超声波测距原理

特点

1、频率越高，精度也越高，但检测距离越近（空气衰减增大）；

2、输出功率越高、灵敏度越高，检测距离也越远；

3、通常检测角度小的，测距范围略远；

应用场景

1、机器人避障

2、物体测距

3、液位检测

4、公共安防

5、停车场检测

如何像蝙蝠一样，使用超声波测距，仿生学的应用实例

蝙蝠在飞行的时候，能从喉内产生超声波，超声波通过口腔发射出去。当超声波遇到昆虫或者障碍物时，会被反射回来，并能够被蝙蝠耳朵接收到，蝙蝠通过反射回来的超声波不仅能计算出距离，还能通过判断出目标是昆虫还是障碍物。科学家通过对蝙蝠这种探测方法的研究，发明了超声波测距。我们本次课程要介绍的超声波传感器，就是利用这种仿生科学制造的。

全国青少年机器人等级考试三级课程：超声波传感器使用

1、 超声波传感器介绍

超声波 是振动频率高于20kHz的机械波，频率在人耳能听到的范围之外，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射回波，

超声波传感器（测距）是利用超声波的特性而研制而成的传感器。超声波传感器发出的超声波碰到传感器前面的被障碍物，发射回传感器的接收器，通过计算超声波传播的时间，从而计算出传感器和障碍物之间的距离。

本实验所用超声波传感器，采用双探头（一个探头发射、一个探头接收）焊接在转接板上制成用于测距的模块，是用来测量距离的一种产品，通过发送和收超声波，利用时间差和声音传播速度，计算出模块到前方障碍物的距离。传感器有四个引脚：GND、VCC、Trig、Echo。其中Trig为触发引脚、Echo为数据接收引脚。传感器采用40KHZ超声波。

超声波模块参数：

工作电压：5V 有效探测距离：2Mm~2.5m 感应角度范围：15° 超声波频率：40KHZ

2、 超声波传感器原理

超声波传感器原理

超声波传感器接收到触发信号后，模块自动发出8个40KHZ的方波，同时开始计时并自动监测是否有信号返回，通过记录超声波从开始发送到接收回波间隔，来判断前方障碍物的距离。

超声波传感器时序图

1. Arduino板先向Trig引脚发送一个时长不小于10μs的高电平，触发超声波模块；

2. 触发后，模块会自动发射8个40KHZ的方波，并自动检测是否有信号返回；

3. 如果有信号返回，则通过Echo引脚输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到接收的时间，

超声波传感器和障碍物之间的距离计算公式为：

距障碍物距离= 高电平持续时间 × 340m/s ÷ 2

（音速在不同介质中传播速度是不一致的，其大小因介质的性质和状态而异。空气中的音速在1个标准大气压和15℃的条件下约为340m/秒）

3、 超声波传感器连接方法

管脚

传感器有四个引脚：GND、VCC、Trig、Echo，VCC接arduino板的5V引脚，GND接arduino板的GND引脚，Trig引脚、Echo引脚分别接两个数字引脚即可。

超声波传感器实物

实物连接如图，采用4p专用连接线，连接arduino板。

实物连接图

4、 超声波传感器使用实例

从超声波传感器获取测距数据，并通过串口打印出来。

米思齐代码如下：

米思齐代码

运行米思齐代码，从串口监视器打印距离数据，如图：

串口监视器打印距离数据

学习总结：

1、 学会超声波测距的原理。

2、 串口打印方法监测数据。

3、 了解超声波模块的时序。

我是分享创客知识的行者靖，关注青少年创客教育，关注我，分享创客干货。

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