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

iPhone 的「第四颗摄像头」位置，为什么给了激光雷达？

一个，两个，三个，四个…… 旗舰手机摄像头从 2016 年开始，以大约每年 1 个摄像头的数量在增长，有人调侃说麻将「八筒」将是所有智能手机摄像头的终极归宿。

今年全新一代 iPhone 发布前，不少人推测 iPhone 12 Pro Max 会配备第四颗摄像头，没想到 iPhone 12 Pro 系列在宝贵的「第四颗摄像头」位置，放置了一颗 LiDAR（激光雷达） 。

不按「常理」出牌，一直是苹果的「常理」。

LiDAR 是什么？

▲ iPhone 12 Pro 系列手机摄像头模组右下方圆形黑色区域即为 LiDAR

LiDAR 的全称是 Light Detection And Ranging，中文名激光雷达，是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成，可获得目标的距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而进行探测、跟踪和识别。

抛开专业术语，通俗理解 iPhone 12 上的 LiDAR，它就是一个能探测物体距离和记录深度信息的微型装置，和手机摄像头差不多大小。

工作的时候，LiDAR 可以实现两个重要功能。

1. 测算物体离手机的大致距离

▲ 通过发射肉眼不可见的激光束来测算距离

2. 记录投射范围内事物的深度信息

目前苹果给出的 LiDAR 范围是最远五米，也就是说，搭载 LiDAR 的 iPhone 12 Pro 系列手机，理论上可以测算和记录 5 米范围左右的距离和深度信息。

LiDAR 和 ToF 区别在哪里？

说到估算物体距离和记录深度信息，不少安卓厂商早在部分机型上搭载了 ToF（Time-of-Flight，飞行时间）传感器来实现这两个功能。

例如 P40 Pro 有一颗 3D 深感摄像头（ToF），可以深度感知物体深度信息，实现大片般的景深效果。

目前部分手机厂商大多采用 iToF（间接飞行时间传感器），而 LiDAR 属于 dTof（直接飞行时间传感器）。

iToF 和 LiDAR 虽说都是 ToF，但区别不小。

第一，发出的「信号」不同。

iToF 发出的是经过正弦波调制，明暗强度呈规律变换的光信号。LiDAR 发出的是激光束。

▲ dToF 原理

第二，估算距离的原理不同。

iToF 靠感知正弦波光信号的差异来「估算」其从发射到反射回来的距离。LiDAR 是激光直接测算距离。

▲ iToF 原理

第三，精度范围、测算速率和抗干扰能力不同。

iToF 的信号很容易被干扰，测算精度随着距离变远而下降，测算也相对较慢，比较适合用于厘米范围内的测距。

LiDAR 的激光束抗干扰能力强，理论上测算精度不随距离变远而下降，测算更快，更适合远距离测距。

最后， iToF 更易小型化，dToF 集成小型化难度更高 ，所以两者有较为明显的商用场景差异，iToF 大多数用在手机上，dToF 比较常用在汽车和无人机等大型装置上。

▲ 汽车雷达

LiDAR 比 iToF 快、准、远，但集成难度更大，成本更高。苹果能把 LiDAR 集成在 iPhone 12 摄像头模组里，想必是花了一番心思的。

为什么苹果选 LiDAR？

或许 iPhone 有一天会变成四五六摄手机，但在被人讨论「iPhone 拍照掉队了吗」的紧要关头，选择把宝贵的「第四颗摄像头」位置给 LiDAR，足以可见苹果对未来的布局多么重视。

苹果究竟想干嘛？

iPad Pro 2020 的官方网页上，苹果直截了当给出了答案，LiDAR 现阶段主要就是为 AR（Augmented Reality 增强现实）服务的 。

在手机摄影几乎到天花板的时刻，苹果选择了一条和其它厂商不一样的路，没有选择上高像素和多倍光学变焦，而是加了 LiDAR，让用户记录「深度信息」。

用户能记录深度信息的好处非常明显，我把它总结为「双向融合」。

一个是现实虚拟化，也就是 AR ，可以用摄像系统和 LiDAR 把现实事物的各种信息记录下来，再虚拟展示在屏幕上，从任意角度近距离观察，也打破了时间和空间的限制。

▲ 没有 iPhone 12 的深度信息，也就不可能使用 AR 观看虚拟 iPhone

另一个是虚拟现实化，也就是 VR ，可以给虚拟的事物增加现实维度的信息，让虚拟事物在网络里「活」出现实事物的特征。

▲ 动态 emoji 可以看做简化版的 VR，虚拟人物有了真实人物的面部深度信息数据

这两种融合都离不开深度信息，深度信息也是 AR 和 VR 打通的桥梁，比如老师用可以记录深度信息的 AR 设备自拍直播教学，学生戴上 VR 眼镜听课，每个学生看到的老师都是虚拟形象，但虚拟形象的表情和动作细节特征都是一样的，很难再单纯用 AR 或 VR 简单描述。

▲ 电影《头号玩家》展现了现实和虚拟的融合，推荐配合本文「食用」

再来说说手机

手机对于人类社会来说是什么？

这个问题很难回答。往小了说，它不过就是一台便捷的通讯工具，往大了说，它对人类社会的影响可以说无比深远。

回顾手机出现之后的人类历史，用户对信息处理交换的共性需求一直是去中心化 。

一开始用户的共性需求是提升信息交流效率，所以手机的核心功能是打电话发短信。信息交流的中心节点 —— 被线绑住的固定电话、邮件、传真、邮电等被彻底边缘化，如今只是一种特殊场景下的补充工具。

▲ 被电话线拴住的中心

接下来用户的共性需求是打破信息不平衡，进一步去中心化，每个人都想要有自己的声音，所以手机的核心功能变成了社交，大量社交 app 异军突起。

正是由于苹果的全触屏形态产品 iPhone，在恰当的时机精准高效地解决了用户在第二阶段的共性需求痛点，苹果才能打败诺基亚，一跃成为市场综合第一名。

现在，用户的共性需求会是什么呢？

用户需要进一步去中心化，不仅要发声，还要把自己的个体文明尽可能记录并传递下去，让自己的个体文明在人类文明史上留下记录。

▲ iPhone 广告片展示 iPhone 的生活记录功能

很久以前，芸芸众生是没有历史存在感的，更不能掌握记录自身的工具。手机的出现，让存储在服务器上的数据变成了「个人史书」，这些渺小如蝼蚁的「个人史书」又发挥着无与伦比的影响力，共同组成了一部人类「大史书」—— 人类社会共同的大数据库，个体不再是历史里可以直接忽略的「无名」，也不是可以大笔一挥一笔勾销的某某，而是在人类共同「大史书」里一个个有血有肉的鲜活存在。

现在，LiDAR 给了我们更高维度的「书写」能力，在声音、平面图像、行为习惯等维度之上，增加了深度信息，突破了平面限制。

永生，从深度信息开始

对于普通用户而言，目前 LiDAR 带来的直观帮助还不是很明显，更多属于「有更好，没有也没多大影响」的程度。

它带来的潜藏益处却是非常明显的，如果条件和相机 app 允许，每个人一生中经历的每个场景，每个瞬间，遇到的每个人，看过的每朵花，摸过的每件餐具，每张自拍，都可以被 LiDAR 记录下深度信息，只要时机和技术成熟，数据量足够大，再配合以声音、图像、行为习惯等数据，完全可以在服务器中创造出一个虚拟的世界和虚拟的自己 ，和真实的世界和真实的自己一模一样，甚至等待科技水平足够高的那天，可以在现实世界中造出一个自己。

▲ 如果《西部世界》里的机器人都有一个对应的真实人类，那么拿到真人的深度信息则是制作机器人的第一步

如果哪天科技更加发达，可以赋予这个虚拟的自己一套「人性的算法」，百年之后，有人想我们了，只需要进入虚拟世界，就能看到一个「活着」的我们，何尝不是做到了另一种形式的永生？

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