超声波传感器如何检测物体的距离和位置？

超声波传感器是一种可以用于测量距离的传感器，是一种利用声波特性进行无接触、精确检测物体状态和距离的检测方案。除了测距，超声波传感器还可以检测物体的位置。在实际应用中，一般会使用多个超声波传感器进行位置检测。通过多个传感器的距离测量结果，并结合传感器之间的相对位置关系，可以计算出物体在空间中的位置坐标。

超声波测量物位是根据超声波在两种介质的分界面上的反射特性而工作的。根据发射和接收换能器的功能，超声波物位传感器可分为单换能器和双换能器两种。单换能器在发射和接收超声波时均使用一个换能器，而双换能器对超声波的发射和接收各由一个换能器担任。超声波传感器可放置于水中，让超声波在液体中传播。由于超声波在液体中衰减比较小，所以即使产生的超声波脉冲幅度较小也可以传播。超声波传感器也可以安装在液面的上方，让超声波在空气中传播，这种方式便于安装和维修，但超声波在空气中的衰减比较厉害。

如果从发射超声波脉冲开始，到接收换能器接收到反射波为止的这个时间间隔为已知，就可以求出分界面的位置，利用这种方法可以实现对物位的测量。对于物位的测量工采网推荐以下超声波传感器：

MaxBotix 超声波避障传感器MB1043是一款高分辨率（1mm）、高精度低功耗的超声波传感器，它在设计上，不仅对干扰噪音做了处理，具备抗噪音干扰能力。而且对于大小不同的目标，和变化的供电电压，做了灵敏度的补偿。另外还具备标准的的内部温度补偿，使得测量出来的距离数据更加精准。应用于室内环境，它是一款很不错的低成本解决方案！

MaxBotix 人体测距传感器 超声波传感器 － MB1014专为行人和对象检测而设计，且在同一环境 中允许多个传感器同时运行。供电2．5V～5．5V，MB1014以其极小的 外形条件提供特定距离对象的接近检测。另一方面人体测距传感器MB1014允许用户将多个传感器集成到单个系统中，并且很少或几乎不会受到其他超声波传感器经 常发生的相互干扰影响。MB1014的主要特性是具备易于使用的逻辑（高／低）输出、RS232格式串行输出。

MaxBotix 超声波液位传感器 － MB7066是一种体积小但坚固的耐风雨的超声波传感器。符合IP67防护安全等级，可以防护灰尘吸入，可以短暂浸泡。有很高的输出声功率和连续可变的增益，能实时自动校准，有很好的噪声抑制算法等优点，都能有效地实现无噪声距离读数。即使在许多声学或电子噪声源存在的情况下，也可以得到稳定可靠的距离读数。可测距离长达10米，在远距离检测和水槽液位检测中，得到很好的应用。

如何连接超声波测距模块？

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  在福来三轮车上，可以增加超声波测距传感器用于感知赛道上的立体障碍。这种小型的超声波测距传感器，工作原理简单，接口只需要两根信号线，占用资源少。下面通过示例程序介绍如何在 MicroPython中增加超声波传感器。介绍硬件接口和软件测量功能。

▲ 超声波传感器

二、传感器基本原理

  这是待会儿测试的超声波传感器，型号为 SR04。它的接口中，除了电源和地线之外。还有一个触发信号线，它是由单片机发送给超声波的0.1毫秒的高电平脉冲信号。另外一个是回声脉冲信号，它的高电平时间，正比于超声波往返障碍物之间的时间。因此，这个时间乘以空气中的声音速度 ，再除以2，便是前方反射超声波障碍的距离。这是使用示波器实际测量的一次脉冲信号。上面是单片机发送给超声波传感器的触发脉冲。下面是超声波模块输出的测量回声脉冲信号。

三、电路连接

  在电路主板上，原来用于串口通讯的接口，它具有电源线、地线，以及两条信号线。正好能够连接到 SR04 超声波模块。制作一个四芯的扁平电缆，将 SR04 超声波模块与主板上 UART 接口连接在一起。

四、示例程序

  在给定的学习资料示例程序目录中，有 第12 子目录，其中包括有 HC SR04 测试程序。原来的程序中，使用了 P14, P15 两个单片机管脚来控制超声波模块，根据现在使用 UART端口中的信号线的定义，这里将控制端口修改为 P4, P5。这个演示程序本身并不复杂。 前面，定义了用于超声波触发和超声波输出信号的两个管脚。触发为输出管脚，回声为输入管脚。下面，定义了两个 LED 控制端口。它们不参与超声波控制，只适用于显示程序运行状态。再往下，定义了超声波触发和测量子程序，程序的循环主体进行距离测试和 LED 闪烁。下面我们分析一下超声波距离测量函数的工作过程。

  下面，对照超声波波形，来介绍一下测量函数的功能。测量函数有一个参数，timeout。定义了最大等待时间，这是为了避免软件出现死循环。通常取 100ms。接下来，将 触发管脚置为高电平，这是触发信号的上升沿。接下来，延迟 100微秒，将 触发管脚拉低。这就形成了 一个宽度为 0.1毫秒的触发信号。取当前系统时间。接下来使用 while 循环，检测 ECHO 管脚变为高电平。最长等待时间为 timeout。这是等 ECHO信号是否出现。如果 发现了上升沿，

  接下来，取当前系统高精度时间。单位为 微秒。再使用 while 循环检测 ECHO 信号是否变为低电平。最长检测时间还是 timeout。如果发现了 ECHO是低电平，就可以调用 elapsed 函数，获得 ECHO 脉冲时间宽度。否则，显示超时错误信息。根据测量 ECHO 脉冲时间宽度，计算出反射物对应的距离。

五、测试结果

  程序运行之后，可以在串口终端中看到输出的测量距离信息。现在这是超声波传感器前面没有障碍物，超声波 ECHO 脉冲信号非常宽，对应的测量距离很长。使用手放在超声波传感器前面，距离只有 10厘米左右。ECHO信号的脉冲 宽度非常窄。将手往远处移动，测量 ECHO 脉冲信号就逐步变宽了。对应的距离变长了。

※总  结 ※

  本文介绍了超声波模块的应用。为了便于测量，这里将车模上的电路板拆卸下来放在磁性固定板上。使用主板上的 UART 四芯接口 控制 SR04 超声波模块，讲解了示例程序的工作原理，对其中控制单片机端口进行了修改。根据这个原理，可以接驳多个超声波模块，提高检测的范围。

参考资料

[1]

清华大学自动化系科技营-暨智能机器人挑战赛-学习方略 : https://blog.csdn.net/zhuoqingjoking97298/article/details/140378536?csdn_share_tail=%7B%22type%22%3A%22blog%22%2C%22rType%22%3A%22article%22%2C%22rId%22%3A%22140378536%22%2C%22source%22%3A%22zhuoqingjoking97298%22%7D

[2]

主板实验 | 如何应用外部端口中断？ : https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/140660159

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