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如何将HC-SR04超声波与树莓派连接
2019-07-29 11:15:00
概述
HC-SR04超声波传感器作为测距模块销售，因为它可以精确地用于测量2cm到400cm范围内的距离。精度为3mm。
此超声波传感器的范围似乎非常小，但它足以满足其实施的应用，例如接近检测和障碍避免。
我已经使用过这个超声波传感器，我之前的几个项目包括：便携式超声波测距仪和障碍物避免机器人。
Raspberry Pi超声波传感器接口不同于连接LED，按钮，LCD，电机等与Raspberry Pi。这是因为HC-SR04超声波传感器的输出处于5V逻辑电平，而Raspberry Pi工作在3.3V逻辑电平。
简要说明超声波传感器
如果您参考以前基于超声波传感器模块的项目，我简要讨论了模块的工作原理。在继续使用Raspberry Pi超声波传感器接口之前，我们将再次简要说明。
HC-SR04超声波传感器（或任何超声波传感器），适用于与RADAR和SONOR相似的原理即传输信号并通过捕获反射信号分析目标。
HC-SR04超声波传感器如何工作？
在进入超声波传感器工作之前，让我们看一下HC-SR04超声波传感器的零件和引脚。
它基本上由三部分组成：超声波发射器，控制电路和超声波接收器。来到HC-SR04传感器的引脚，它只有四个引脚，即VCC，TRIG（触发器），ECHO（Echo）和GND。
背后的基本原理这里描述了超声波传感器。传感器中的超声波发射器可产生40 KHz的超声波。然后该信号通过空气传播，如果其路径中有任何障碍物，信号将撞击物体并反弹回来。
然后超声波接收器收集这个反弹信号。根据信号的行程时间，您可以计算物体的距离，因为您已经知道声速。
如何计算距离？
现在我们将看到如何使用HC-SR04超声波传感器测量物体的距离。为了发送40 KHz超声波，超声波传感器的TRIG引脚必须保持高电平至少持续10μS。
此后，超声波发射器将以40 KHz发射一连串8脉冲超声波。传感器中的控制电路立即将ECHO引脚的状态改为HIGH。此引脚保持高电平，直到超声波击中物体并返回超声波接收器。
根据回波引脚保持高电平的时间，您可以计算传感器与物体之间的距离。
例如，如果我们计算ECHO为高电平的时间为588μS，然后你可以借助声速计算距离，该速度等于340m/s。
距离=速度声音/（时间/2）= 340m/s/（588μS/2）= 10cm。
Raspberry Pi超声波传感器接口
现在我们已经了解了HC-SR04超声波传感器的工作原理，我们将继续与Raspberry Pi进行接口。在进行连接之前，您必须注意一点，Raspberry Pi工作在3.3V逻辑，而HC-SR04超声波传感器工作在5V。
Raspberry Pi需要读取Echo引脚用于计算时间，因此Raspberry Pi上相应的GPIO引脚必须配置为输入So，在将Echo引脚连接到Raspberry Pi之前，必须将其提供给电平转换器。
有关此内容的更多信息，请参见电路设计部分。
电路图
下图显示了Raspberry Pi和HC-SR04超声波传感器之间的连接。该电路图由Fritzing软件制作。
所需组件
Raspberry Pi 3 B型
HC-SR04超声波传感器
680Ω电阻（1/4瓦）
1.5KΩ电阻（1/4瓦）
连接线
迷你面包板
电源
计算机
电路设计
将HC-SR04超声波传感器的Trig引脚连接到物理引脚16即Raspberry Pi的GPIO23。使用680Ω和1.5KΩ电阻的组合将Echo引脚转换为3.3V逻辑（大约）并将其连接到物理引脚18，即Raspberry Pi的GPIO24。
最后，从Raspberry Pi引脚提供超声波传感器的+ 5V和GND连接。
代码
以下Python脚本用于HC-SR04超声波传感器和Raspberry Pi接口。
工作
这里实现了一个简单的项目，我们已经看到了如何界面带有Raspberry Pi的HC-SR04超声波传感器。该项目的工作已经在HC-SR04超声波传感器的工作原理部分进行了解释。
一个简单的计算程序是用Python编写的，用于检测回波引脚的高电平并产生相等的距离。
应用程序
在这个项目中，我们已经看到了如何连接HC-SR04超声波传感器与Raspberry Pi。此设置可用于许多应用，例如：
障碍避免
接近检测
距离测量
测距仪
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