如何將HC-SR04超聲波與樹莓派連接

概述

HC-SR04超聲波傳感器作為測距模塊銷售，因?yàn)樗梢跃_地用于測量2cm到400cm范圍內(nèi)的距離。精度為3mm。

此超聲波傳感器的范圍似乎非常小，但它足以滿足其實(shí)施的應(yīng)用，例如接近檢測和障礙避免。

我已經(jīng)使用過這個(gè)超聲波傳感器，我之前的幾個(gè)項(xiàng)目包括：便攜式超聲波測距儀和障礙物避免機(jī)器人。

Raspberry Pi超聲波傳感器接口不同于連接LED，按鈕，LCD，電機(jī)等與Raspberry Pi。這是因?yàn)镠C-SR04超聲波傳感器的輸出處于5V邏輯電平，而Raspberry Pi工作在3.3V邏輯電平。

簡要說明超聲波傳感器

如果您參考以前基于超聲波傳感器模塊的項(xiàng)目，我簡要討論了模塊的工作原理。在繼續(xù)使用Raspberry Pi超聲波傳感器接口之前，我們將再次簡要說明。

HC-SR04超聲波傳感器（或任何超聲波傳感器），適用于與RADAR和SONOR相似的原理即傳輸信號并通過捕獲反射信號分析目標(biāo)。

HC-SR04超聲波傳感器如何工作？

在進(jìn)入超聲波傳感器工作之前，讓我們看一下HC-SR04超聲波傳感器的零件和引腳。

它基本上由三部分組成：超聲波發(fā)射器，控制電路和超聲波接收器。來到HC-SR04傳感器的引腳，它只有四個(gè)引腳，即VCC，TRIG（觸發(fā)器），ECHO（Echo）和GND。

背后的基本原理這里描述了超聲波傳感器。傳感器中的超聲波發(fā)射器可產(chǎn)生40 KHz的超聲波。然后該信號通過空氣傳播，如果其路徑中有任何障礙物，信號將撞擊物體并反彈回來。

然后超聲波接收器收集這個(gè)反彈信號。根據(jù)信號的行程時(shí)間，您可以計(jì)算物體的距離，因?yàn)槟呀?jīng)知道聲速。

如何計(jì)算距離？

現(xiàn)在我們將看到如何使用HC-SR04超聲波傳感器測量物體的距離。為了發(fā)送40 KHz超聲波，超聲波傳感器的TRIG引腳必須保持高電平至少持續(xù)10μS。

此后，超聲波發(fā)射器將以40 KHz發(fā)射一連串8脈沖超聲波。傳感器中的控制電路立即將ECHO引腳的狀態(tài)改為HIGH。此引腳保持高電平，直到超聲波擊中物體并返回超聲波接收器。

根據(jù)回波引腳保持高電平的時(shí)間，您可以計(jì)算傳感器與物體之間的距離。

例如，如果我們計(jì)算ECHO為高電平的時(shí)間為588μS，然后你可以借助聲速計(jì)算距離，該速度等于340m/s。

距離=速度聲音/（時(shí)間/2）= 340m/s/（588μS/2）= 10cm。

Raspberry Pi超聲波傳感器接口

現(xiàn)在我們已經(jīng)了解了HC-SR04超聲波傳感器的工作原理，我們將繼續(xù)與Raspberry Pi進(jìn)行接口。在進(jìn)行連接之前，您必須注意一點(diǎn)，Raspberry Pi工作在3.3V邏輯，而HC-SR04超聲波傳感器工作在5V。

Raspberry Pi需要讀取Echo引腳用于計(jì)算時(shí)間，因此Raspberry Pi上相應(yīng)的GPIO引腳必須配置為輸入So，在將Echo引腳連接到Raspberry Pi之前，必須將其提供給電平轉(zhuǎn)換器。

有關(guān)此內(nèi)容的更多信息，請參見電路設(shè)計(jì)部分。

電路圖

下圖顯示了Raspberry Pi和HC-SR04超聲波傳感器之間的連接。該電路圖由Fritzing軟件制作。

所需組件

Raspberry Pi 3 B型

HC-SR04超聲波傳感器

680Ω電阻（1/4瓦）

1.5KΩ電阻（1/4瓦）

連接線

迷你面包板

電源

計(jì)算機(jī)

電路設(shè)計(jì)

將HC-SR04超聲波傳感器的Trig引腳連接到物理引腳16即Raspberry Pi的GPIO23。使用680Ω和1.5KΩ電阻的組合將Echo引腳轉(zhuǎn)換為3.3V邏輯（大約）并將其連接到物理引腳18，即Raspberry Pi的GPIO24。

最后，從Raspberry Pi引腳提供超聲波傳感器的+ 5V和GND連接。

代碼

以下Python腳本用于HC-SR04超聲波傳感器和Raspberry Pi接口。

工作

這里實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡單的項(xiàng)目，我們已經(jīng)看到了如何界面帶有Raspberry Pi的HC-SR04超聲波傳感器。該項(xiàng)目的工作已經(jīng)在HC-SR04超聲波傳感器的工作原理部分進(jìn)行了解釋。

一個(gè)簡單的計(jì)算程序是用Python編寫的，用于檢測回波引腳的高電平并產(chǎn)生相等的距離。

應(yīng)用程序

在這個(gè)項(xiàng)目中，我們已經(jīng)看到了如何連接HC-SR04超聲波傳感器與Raspberry Pi。此設(shè)置可用于許多應(yīng)用，例如：

障礙避免

接近檢測

距離測量

測距儀