【Arduino实验13 超声波测距】

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一、实验目的
二、实验设备与环境
三、实验重点
四、实验难点
五、实验内容

一、实验目的

1熟悉超声波传感器基本性能；

2掌握超声波传感器测距原理；

3 掌握超声波测距的编程方法

4 编程实现一个数显超声波测距仪

二、实验设备与环境

Arduino UNO套件、Arduino IDE、计算机、超声波传感器、1602 LCD显示屏等

三、实验重点

1超声波测距编程；2 编程实现超声波测距的LCD数字显示

四、实验难点

1超声波测距原理代码

五、实验内容

5.1实验任务

任务描述：超声波传感器的使用与参数测定；脉宽测量函数pulseIn()的使用；编程实现超声波测距与LCD显示。

5.2实验原理

1.超声波传感器

超声探头性能指标

探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，我们使用前必须预先了解它的性能。超声波传感器的主要性能指标包括：

(1)工作频率：工作频率就是压电晶片的共振频率。当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。

(2)工作温度：由于压电材料的居里点一般比较高，特别是诊断用超声波探头使用功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不失效。医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。

(3)灵敏度：主要取决于制造晶片本身。机电耦合系数大，灵敏度高；反之，灵敏度低。

(4)指向性：超声波传感器探测的范围。

超声波具有频率较高，沿直线传播、方向性好、绕射小、穿透力强、传播速度慢(约340m/s,与声速相同)等特点。

2.超声波测距原理

由超声波发射探头发出的超声波脉冲，经媒质(空气)传到物体表面，反射后通过媒质(空气)传到接收探头，测定出超声脉冲从发射到接收所需的时间，根据传输媒质中的声速，计算从探头到物体表面之间的距离。

距离的计算：

设探头到物体表面的距离为L,超声在空气中的传播速为v,从发射到接收所需的传播时间为t

测定距离：L = v×t/2。测出时间t,求出距离L。

超声波测距信号电平：

(1)传感器Trig引脚触发信号电平脉冲

// 给TrigPin引脚一个10us的高电平触发脉冲

DitigalWrite(TrigPin,LOW);
delayMicroseconds(2);
DitigalWrite(TrigPin,HIGH);
delayMicroseconds(10);
DitigalWrite(TrigPin,LOW);

(2)传感器被触发后，发射探头发出8个40KHz检测超声波脉冲，接收探头自动检测回波信号

(3)回波信号检测，Echo引脚输出超声波从发出到返回持续时间t的高电平信号

pulseIn()函数检测电平持续时间

语法：pusle(EchonPin,HIGH|LOW)

参数说明：EchonPin，检测电平引脚；HIGH|LOW，读取引脚的高电平或低电平脉冲

continueTime = pulseIn(EchoPin,HIGH)//检测高电平持续时间（单位us）并赋值给变量

3.1602 LCD显示屏

显示屏电路、显示屏库函数（略）

4.超声波测距电路

5.3实验内容

1.超声波传感器参数测试

步骤1：如图所示，连接电路

步骤2：编写超声波测距、串口显示程序程序功能：间隔500ms测定一次距离；串口监视器以cm为单位实时显示测定的距离值

步骤3：程序调试（略）

2.LCD数字显示超声波测距

步骤1：如图所示，连接电路
步骤2：数字显示超声波测距程序代码实现功能：超声波测距；1602 LCD实时显示测定距离的值

步骤3：程序调试

源代码：

#include <LiquidCrystal.h>

#define LM35 A0
#define Trig 8 
#define Echo 9 
 
float cm; 
float temp;
LiquidCrystal lcd(12,11,5,4,3,2);      

int val = 0;        
  

void setup()
{
  lcd.begin(16,2);    
  lcd.print("Welcome to use!");   
  delay(1000);       
  lcd.clear();      
  
  pinMode(Trig, OUTPUT);
  pinMode(Echo, INPUT);
}

void loop()
{
 
  digitalWrite(Trig, LOW); 
  delayMicroseconds(2);    
  digitalWrite(Trig,HIGH); 
  delayMicroseconds(10);    
  digitalWrite(Trig, LOW); 
  
  temp = float(pulseIn(Echo, HIGH)); 
  cm = (temp * 17 )/1000; 
  
  lcd.setCursor(0,0);       
  lcd.print("Now Distance："); 
  lcd.setCursor(2,1); 
  lcd.print(cm);      
  lcd.print("cm");  
  
  delay(1000);              
}