超聲波測距模塊 HC-SR04 非常易于使用，這篇文章就介紹 HC-SR04 的測距原理放坏、樹莓派如何與 HC-SR04 接線军洼，以及使用 python 程序控制測距的方法。

HC-SR04 測距過程

下圖說明了超聲波的測距原理:

ultrasonic.png

HC-SR04 引腳圖:

HC-SR04_pin.png

1. 樹莓派向 Trig 腳發(fā)送一個(gè)持續(xù)時(shí)間至少為 10us 的高電平信號绘证。
2. HC-SR04 接收到樹莓派的觸發(fā)信號隧膏，自動發(fā)送 40 Khz 的超聲波，并把 Echo 腳置為高電平嚷那。然后開始檢測返回的聲波胞枕。
3. 當(dāng)檢測到返回的聲波時(shí)，Echo 腳被置為低電平魏宽。

從上述過程可以看出腐泻，Echo 腳的高電平持續(xù)時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回所經(jīng)過的時(shí)間間隔 T。那么傳感器和物體間的距離就能用下面的公式計(jì)算：
距離(Distance) = 超聲波速度(340m/s) * 時(shí)間 T / 2

HC-SR04 與樹莓派的接線

樹莓派 GPIO 引腳圖

樹莓派GPIO 引腳圖

接線圖

raspiberry_HCSR04_bb.png

• 電源引腳 Vcc 與樹莓派的 5v 腳（物理引腳2）相連队询，地引腳 Gnd 與樹莓派的 Gnd 腳（物理引腳6）相連派桩。
• 觸發(fā)脈沖引腳 Trig 用來接收來自樹莓派的控制信號，接任意 GPIO 口蚌斩。圖中連接了 GPIO_23（物理引腳16)铆惑。
• 返回脈沖引腳 Echo 用來返回測距結(jié)果，需要注意的是 Echo 輸出的是 5v 信號，而樹莓派的 GPIO 最高只能承受3.3v 信號员魏，所以 Echo 引腳需要經(jīng)分壓電路連接到樹莓派的 GPIO丑蛤。圖中連接了 GPIO_24（物理引腳18).

為什么 GPIO_23 又是物理引腳16呢，這跟 GPIO 的兩種編號方式有關(guān)逆趋，這兩種編號方式分別是 BCM 編號和物理編號盏阶。

分壓電路使用了 330 歐姆和 470 歐姆的電阻晒奕，這樣 GPIO_24 分到的電壓為: (470) / (330+470) * 5v = 2.9v < 3.3 v 闻书。當(dāng)然你可以選用任意阻值的兩只電阻來組成分壓電路，只要經(jīng)過計(jì)算后 GPIO_24 分到的電壓合適即可脑慧。

python 程序控制測距

如果你理解了 HC-SR04 的工作過程魄眉，那么下面包含注釋的程序?qū)δ銘?yīng)該很簡單，就不一一解釋了闷袒。

#導(dǎo)入 GPIO庫
import RPi.GPIO as GPIO
import time
 
#設(shè)置 GPIO 模式為 BCM
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
 
#定義 GPIO 引腳
GPIO_TRIGGER = 23
GPIO_ECHO = 24
 
#設(shè)置 GPIO 的工作方式 (IN / OUT)
GPIO.setup(GPIO_TRIGGER, GPIO.OUT)
GPIO.setup(GPIO_ECHO, GPIO.IN)
 
def distance():
    # 發(fā)送高電平信號到 Trig 引腳
    GPIO.output(GPIO_TRIGGER, True)
 
    # 持續(xù) 10 us 
    time.sleep(0.00001)
    GPIO.output(GPIO_TRIGGER, False)
 
    start_time = time.time()
    stop_time = time.time()
 
    # 記錄發(fā)送超聲波的時(shí)刻1
    while GPIO.input(GPIO_ECHO) == 0:
        start_time = time.time()
 
    # 記錄接收到返回超聲波的時(shí)刻2
    while GPIO.input(GPIO_ECHO) == 1:
        stop_time = time.time()
 
    # 計(jì)算超聲波的往返時(shí)間 = 時(shí)刻2 - 時(shí)刻1
    time_elapsed = stop_time - start_time
    # 聲波的速度為 343m/s坑律， 轉(zhuǎn)化為 34300cm/s。
    distance = (time_elapsed * 34300) / 2
 
    return distance
 
if __name__ == '__main__':
    try:
        while True:
            dist = distance()
            print("Measured Distance = {:.2f} cm".format(dist))
            time.sleep(1)
 
        # Reset by pressing CTRL + C
    except KeyboardInterrupt:
        print("Measurement stopped by User")
        GPIO.cleanup()

運(yùn)行結(jié)果:

Snipaste_2018-12-04_00-24-20.png

這個(gè)程序放在了 github囊骤。

此文章也發(fā)布在 mengsheng.me晃择。

參考文章

Using a Raspberry Pi distance sensor (ultrasonic sensor HC-SR04)