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HC-SR04 超聲波傳感器
關(guān)于超聲波距離傳感器
聲音由通過(guò)介質(zhì)(例如空氣)的振蕩波組成,音高由這些波彼此的接近程度決定,定義為頻率。只有一些聲譜(聲波頻率范圍)是人耳可以聽(tīng)到的,定義為“聲學(xué)”范圍。低于聲學(xué)的極低頻聲音被定義為“次聲”,高于聲學(xué)的高頻聲音被稱(chēng)為“超聲波”。
超聲波傳感器旨在使用類(lèi)似于雷達(dá)的超聲波反射來(lái)感知物體的接近度或范圍,以計(jì)算在傳感器和固體物體之間反射超聲波所需的時(shí)間。主要使用超聲波,因?yàn)樗鼘?duì)人耳是聽(tīng)不見(jiàn)的,并且在短距離內(nèi)相對(duì)準(zhǔn)確。你當(dāng)然可以為此目的使用聲學(xué)聲音,但你會(huì)有一個(gè)嘈雜的機(jī)器人,每隔幾秒鐘就會(huì)發(fā)出嗶嗶聲......
一個(gè)基本的超聲波傳感器由一個(gè)或多個(gè)超聲波發(fā)射器(基本上是揚(yáng)聲器)、一個(gè)接收器和一個(gè)控制電路組成。發(fā)射器發(fā)出高頻超聲波,從附近的任何固體物體上反彈。一些超聲波噪聲被傳感器上的接收器反射和檢測(cè)到。該返回信號(hào)然后由控制電路處理,以計(jì)算發(fā)送和接收信號(hào)之間的時(shí)間差。隨后可以使用這個(gè)時(shí)間以及一些巧妙的數(shù)學(xué)計(jì)算來(lái)計(jì)算傳感器和反射物體之間的距離。
我們將在本教程中為 Raspberry Pi 使用的 HC-SR04 超聲波傳感器有四個(gè)引腳:接地 (GND)、回波脈沖輸出 (ECHO)、觸發(fā)脈沖輸入 (TRIG) 和 5V 電源 (Vcc)。我們使用 Vcc 為模塊供電,使用 GND 將其接地,并使用我們的 Raspberry Pi 向 TRIG 發(fā)送輸入信號(hào),從而觸發(fā)傳感器發(fā)送超聲波脈沖。脈沖波從附近的任何物體上反彈,一些被反射回傳感器。傳感器檢測(cè)這些返回波并測(cè)量觸發(fā)和返回脈沖之間的時(shí)間,然后在 ECHO 引腳上發(fā)送一個(gè) 5V 信號(hào)。
ECHO 將是“低”(0V),直到傳感器在接收到回波脈沖時(shí)被觸發(fā)。一旦找到返回脈沖,ECHO 在該脈沖的持續(xù)時(shí)間內(nèi)設(shè)置為“高”(5V)。脈沖持續(xù)時(shí)間是傳感器輸出超聲波脈沖與傳感器接收器檢測(cè)到返回脈沖之間的完整時(shí)間。因此,我們的 Python 腳本必須測(cè)量脈沖持續(xù)時(shí)間,然后計(jì)算距離。
重要的。HC-SR04 上的傳感器輸出信號(hào) (ECHO) 額定電壓為 5V。但是,Raspberry Pi GPIO 上的輸入引腳額定電壓為 3.3V。將 5V 信號(hào)發(fā)送到未受保護(hù)的 3.3V 輸入端口可能會(huì)損壞您的 GPIO 引腳,這是我們要避免的事情!我們需要使用一個(gè)由兩個(gè)電阻組成的小型分壓器電路,將傳感器輸出電壓降低到我們的 Raspberry Pi 可以處理的電壓。
分壓器
分壓器由兩個(gè)串聯(lián)的電阻器(R1 和 R2)組成,輸入電壓 (Vin) 需要降低到我們的輸出電壓 (Vout)。在我們的電路中,Vin 將是 ECHO,需要從 5V 降低到我們的 3.3V Vout。
以下電路和簡(jiǎn)單的公式可應(yīng)用于需要降低電壓的許多應(yīng)用。如果您不想學(xué)習(xí)技術(shù)含量,只需抓住 1 x 1kΩ 和 1 x 2kΩ 電阻即可。
無(wú)需深入到數(shù)學(xué)方面,我們實(shí)際上只需要計(jì)算一個(gè)電阻值,因?yàn)榉謮罕群苤匾?/font>我們知道我們的輸入電壓(5V)和我們需要的輸出電壓(3.3V),我們可以使用任何電阻組合來(lái)實(shí)現(xiàn)降低。我碰巧有一堆額外的 1kΩ 電阻,所以我決定在電路中使用其中一個(gè)作為 R1。
插入我們的值,這將是以下內(nèi)容:
所以,我們將使用一個(gè) 1kΩ 的 R1 和一個(gè) 2kΩ 的電阻作為 R2!
組裝電路
在項(xiàng)目的這一部分,我們將在 Raspberry Pi 上使用四個(gè)引腳:
GPIO 5V [引腳 4] 用于 Vcc(5V 電源)
- GPIO 5V [引腳 4] 用于 Vcc(5V 電源)
GPIO GND [引腳 6] 用于 GND(0V 接地)
- GPIO GND [引腳 6] 用于 GND(0V 接地)
GPIO 3 [Pin 5] 用于 TRIG(GPIO 輸出)
- GPIO 3 [Pin 5] 用于 TRIG(GPIO 輸出)
GPIO 2 [Pin 3] 用于 ECHO(GPIO 輸入)
- GPIO 2 [Pin 3] 用于 ECHO(GPIO 輸入)
1. 將四根公對(duì)母跳線插入 HC-SR04 上的引腳,如下所示:紅色;VCC,藍(lán)色;觸發(fā),黃色;回聲和黑色;接地。
2. 將 Vcc 插入面包板的正極軌,將 GND 插入負(fù)極軌。
3. 將 GPIO 5V [Pin 4] 插入正極軌,將 GPIO GND [Pin 6] 插入負(fù)極軌。
4. 將 TRIG 插入空白導(dǎo)軌,然后將該導(dǎo)軌插入 GPIO 2 [Pin 3]。(如果需要,可以將 TRIG 直接插入 GPIO 2)。我個(gè)人只是喜歡在面包板上做所有事情!
5. 將 ECHO 插入空白軌,使用 R1(1kΩ 電阻)連接另一個(gè)空白軌
6. 使用 R2(2kΩ 電阻)將 R1 導(dǎo)軌與 GND 導(dǎo)軌連接起來(lái)。在兩個(gè)電阻之間留出空間。
7. 使用 R1(1kΩ 電阻)將 GPIO 3 [Pin 5] 添加到導(dǎo)軌。此 GPIO 引腳需要位于 R1 和 R2 之間。
條形圖顯示
這個(gè)顯示器真是個(gè)好主意。有很多項(xiàng)目,您可能需要一排 LED 來(lái)顯示讀數(shù) - 溫度、聲音、濕度、未讀電子郵件、距離下一個(gè)事件的時(shí)間等。雖然連接一排 LED 非常好,但這些小顯示器可以為您提供項(xiàng)目看起來(lái)很酷的“復(fù)古太空電影控制面板”。
它們使用與 10 個(gè) LED 完全相同數(shù)量的引腳,因此在連接方面沒(méi)有任何節(jié)省,但是它們?cè)诿姘迳鲜褂玫目臻g要少一些,因?yàn)?LED 需要為它們的大頭留出空間。
接線
連接這些顯示器之一與連接 10 個(gè)單獨(dú)的 LED 相同。一側(cè)有一排 10 個(gè)正極(陽(yáng)極)連接(通常是 LED 上較長(zhǎng)的腿),另一側(cè)是負(fù)極接地連接(陰極)。每個(gè)陽(yáng)極引腳連接到一個(gè) GPIO 引腳,每個(gè)陰極引腳連接到一個(gè)電阻器,然后連接到 Pi 的接地引腳。
這些顯示器具有相同長(zhǎng)度的腿,但您可以分辨哪一側(cè)有陰極/接地連接,因?yàn)轱@示器的邊緣之一會(huì)有輕微的倒角。當(dāng)然也要檢查您的數(shù)據(jù)表!
簡(jiǎn)而言之,我們需要做的就是添加 10 個(gè)電阻(我發(fā)現(xiàn) 150Ω 的電阻足以讓 LED 變亮,但就從 Raspberry Pi 引腳汲取的電流而言仍然是安全的)。
4位7段顯示器
該顯示器可用于顯示傳感器測(cè)量的厘米數(shù)。
它是如何工作的?
如果將引腳 12 連接到 GND,則第一個(gè)數(shù)字將激活(9 = 第二,8 = 第三,6 = 第四)。
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