Lab6实验报告：超声波传感器测距实验¶

一、实验介绍¶

超声波测距模块主要是由两个通用的压电陶瓷超声传感器，并加外围信号处理电路构成的。超声传感器中的一个用作发射器，将电信号转换为 40KHz 超声波脉冲信号；另一个一个用作接收器，监听发射的脉冲。超声波距离传感器体积小，易于在项目中使用，可以提供 2cm 至 400cm 左右的非接触距离检测，精度为 3mm。由于它的工作电压为 5 伏，因此可以直接连接到 Raspberry 或任何其他 5V 逻辑微控制器。该传感器有 4 个引脚： - VCC：5V电源供电； - Trig：触发引脚，用于启动超声波发射； - Echo：回波引脚，表示是否检测到返回的超声波； - GND：接地。

该模块的原理图如下：

二、实验原理¶

超声波传感器工作流程：
超声波传感器包括一个发射器和一个接收器。当触发引脚（Trig）接收到至少10微秒的高电平脉冲时，它会发送8个周期的40kHz超声波脉冲。
接收器监听反射回来的超声波，并将Echo引脚置为高电平直到接收到回波为止。此时，Echo引脚保持高电平的时间长度与超声波往返一次所需的时间成正比。
由于声音传播速度约为343米/秒（在20摄氏度空气中），因此可以通过测量Echo引脚高电平持续的时间来确定目标距离。
测试距离（单位：厘米）= Echo引脚高电平持续时间（秒）* 34300 / 2
注意事项：
注：Echo 引脚变为高电平时为 5V，树莓派 GPIO 输入一般不能超过 3.3V，故应使用分压器测量。但由于本次实验 Echo 引脚高电平时间非常短，故可不使用分压。

三、实验步骤¶

硬件连接：
连接Raspberry Pi、T型转接板和超声波传感器之间的VCC、Trig、Echo和GND引脚。
将超声波传感器的Trig引脚连接到Raspberry Pi的GPIO17（BCM编号），Echo引脚连接到GPIO18（BCM编号），同时确保VCC接到5V电源，GND接地。
编写代码：
导入RPi.GPIO库，设置Trig和Echo引脚的BCM编号。
编写函数get_distance()，该函数负责设置Trig引脚输出10微秒的高电平脉冲，然后等待Echo引脚变为高电平，记录开始时间；接着再次等待Echo引脚变为低电平，记录结束时间。最后利用这两个时间点计算出超声波往返一次所花费的时间，并据此换算成实际距离。

程序框图：

flowchart LR
    A[开始] --> B{设置GPIO引脚}
    B --> C{循环}
    C --> D{发射超声波}
    D --> E{等待Echo引脚高电平}
    E --> F{等待Echo引脚低电平}
    F --> G{计算距离}
    G --> H{打印距离}
    H --> I{延时}
    I --> C

Python
import RPi.GPIO as GPIO
import time

TRIG = 17 # 传感器的Trig引脚
ECHO = 18 # Echo引脚 

GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(TRIG, GPIO.OUT)
GPIO.setup(ECHO, GPIO.IN)

def get_distance():
    # 确保Trig引脚为低电平
    GPIO.output(TRIG, False)
    time.sleep(0.2)
    GPIO.output(TRIG, True)
    time.sleep(0.00001)
    GPIO.output(TRIG, False)

    # 记录开始时间
    while GPIO.input(ECHO) == 0:
        pulse_start = time.time()

    # 记录结束时间
    while GPIO.input(ECHO) == 1:
        pulse_end = time.time()

    pulse_duration = pulse_end - pulse_start

    distance = pulse_duration * 17150 
    distance = round(distance, 2)

    return distance

try:
    print("Measuring distance...")
    while True:
        dist = get_distance()
        print(f"Distance: {dist} cm")
        time.sleep(1)

except KeyboardInterrupt:
    print("Measurement stopped by user")

finally:
    GPIO.cleanup()

Lab6实验报告：超声波传感器测距实验¶

一、实验介绍¶

二、实验原理¶

三、实验步骤¶

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