如何在樹(shù)莓派Pico上使用HC-SR04超聲波測(cè)距模塊呢？

超聲波傳感器使用聲音脈沖和簡(jiǎn)單的計(jì)算來(lái)確定其自身與前方物體之間的距離。它們通常用于機(jī)器人中，以確保機(jī)器人不會(huì)行走或滾入障礙物。樹(shù)莓派 Pico 基于 RP2040 芯片的多功能微控制器板，當(dāng)與超聲波傳感器（例如 HC-SR04）等傳感器結(jié)合使用時(shí)，Pico 成為測(cè)量距離、檢測(cè)物體和創(chuàng)建智能自動(dòng)化應(yīng)用的理想平臺(tái)。下面我們將了解如何在樹(shù)莓派 Pico 上使用超聲波傳感器。

材料清單

– 樹(shù)莓派 Pico
– HC-SR04 超聲波傳感器
– 跳線若干
– 面包板或 Pico 擴(kuò)展板

超聲波傳感器的引腳排列如下：

– VCC 引腳用于為傳感器供電。它通常需要 5V 直流電源。
– Trig 引腳用于向傳感器發(fā)送觸發(fā)信號(hào)。當(dāng)高電平信號(hào)（通常為 5V）施加到該引腳時(shí)，傳感器開(kāi)始發(fā)射超聲波。
– Echo 引腳用于接收來(lái)自傳感器的回波信號(hào)。當(dāng)傳感器發(fā)出的超聲波擊中物體并反彈回來(lái)時(shí)，傳感器會(huì)在該引腳上產(chǎn)生脈沖。
– VCC 引腳是傳感器的接地連接，應(yīng)連接到電路的接地 (0V)。

HC-SR04 的測(cè)距過(guò)程

1. 樹(shù)莓派向 Trig 腳發(fā)送一個(gè)持續(xù) 10us 的脈沖信號(hào)。
2. HC-SR04 接收到樹(shù)莓派發(fā)送的脈沖信號(hào)，開(kāi)始發(fā)送超聲波 (start sending ultrasoun），并把 Echo置為高電平。然后準(zhǔn)備接收返回的超聲波。
3. 當(dāng) HC-SR04 接收到返回的超聲波 (receive returned ultrasound) 時(shí)，把 Echo 置為低電平。

從上述過(guò)程可以看出，Echo 高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回所經(jīng)過(guò)的時(shí)間間隔~(yú)

請(qǐng)對(duì)照下圖接線。

Pico 的 3V3 引腳連接到超聲傳感器的 VCC 引腳。
Pico 的 GND 引腳連接到超聲傳感器的 GND 引腳。
Pico 的 GPIO 引腳 3 連接到超聲傳感器的 Trig 引腳。
Pico 的 GPIO 引腳 2 連接到超聲傳感器的 Echo 引腳。

編程

電路連接好之后，將樹(shù)莓派 Pico 連上 PC 并打開(kāi) Thonny。

1、從計(jì)算機(jī)庫(kù)導(dǎo)入 Pin 類(lèi)，然后導(dǎo)入 utime 庫(kù)。前者用于控制 GPIO 引腳，后者是基于時(shí)間的函數(shù)庫(kù)。

from machine import Pin
import utime

2、創(chuàng)建兩個(gè)新對(duì)象，觸發(fā)器和回聲。這些對(duì)象配置要與超聲傳感器一起使用的 Pico 的 GPIO 引腳。例如，我們的觸發(fā)引腳用于發(fā)送電流脈沖，因此它是輸出引腳?；夭ㄒ_接收反射的脈沖，因此回波是輸入。

trigger = Pin(3, Pin.OUT)
echo = Pin(2, Pin.IN)

3、創(chuàng)建一個(gè)函數(shù) ultra()，其中將包含讀取所需的代碼。

def ultra():

4、將觸發(fā)引腳拉低，以確保其未激活，然后暫停兩微秒。

   trigger.low()
   utime.sleep_us(2)

5、在將觸發(fā)器引腳拉低之前，將觸發(fā)器引腳拉高五秒鐘。這將從超聲波傳感器發(fā)送一個(gè)短脈沖，然后關(guān)閉該脈沖。

   trigger.high()
   utime.sleep_us(5)
   trigger.low()

6、創(chuàng)建一個(gè) while 循環(huán)以檢查回波引腳。如果沒(méi)有收到回波脈沖，則更新變量 signaloff，使其包含以微秒為單位的時(shí)間戳。

   while echo.value() == 0:
       signaloff = utime.ticks_us()

7、創(chuàng)建另一個(gè) while 循環(huán)，這次檢查是否已收到回聲。這會(huì)將當(dāng)前時(shí)間戳（以微秒為單位）存儲(chǔ)到 signalon 變量中。

   while echo.value() == 1:
       signalon = utime.ticks_us()

8、創(chuàng)建一個(gè)新的 timepass 變量，該變量將存儲(chǔ)脈沖離開(kāi)傳感器，撞擊物體并作為回波返回傳感器所花費(fèi)的總時(shí)間值。

   timepassed = signalon - signaloff

9、創(chuàng)建一個(gè)新變量，距離。此變量將存儲(chǔ)方程式的答案。我們將行進(jìn)時(shí)間（經(jīng)過(guò)的時(shí)間）乘以聲速（343.2m/s，即每微秒 0.0343cm），該方程的乘積除以 2，因?yàn)槲覀儾恍枰傂羞M(jìn)距離，而只需從反對(duì)傳感器。

distance = (timepassed * 0.0343) / 2

10、打印一條消息到 Python Shell，顯示距離。

print("The distance from object is ",distance,"cm")

11.現(xiàn)在，我們移出該函數(shù)，創(chuàng)建一個(gè)循環(huán)，該循環(huán)將每秒運(yùn)行一次該函數(shù)。

while True:
   ultra()
   utime.sleep(1)

下面是完整的代碼：

from machine import Pin
import utime
trigger = Pin(3, Pin.OUT)
echo = Pin(2, Pin.IN)
def ultra():
   trigger.low()
   utime.sleep_us(2)
   trigger.high()
   utime.sleep_us(5)
   trigger.low()
   while echo.value() == 0:
       signaloff = utime.ticks_us()
   while echo.value() == 1:
       signalon = utime.ticks_us()
   timepassed = signalon - signaloff
   distance = (timepassed * 0.0343) / 2
   print("The distance from object is ",distance,"cm")
while True:
   ultra()
   utime.sleep(1)

將代碼作為 code.py 保存到樹(shù)莓派 Pico 上，然后單擊 Run 按鈕以運(yùn)行代碼。在 Python Shell 中，您將看到每秒打印的距離。

審核編輯：劉清