海豚和蝙蝠等動物使用噪音和聲音來導航和暴露周圍環境。這種現象稱為回聲定位。盡管首先在非人類動物中發現，但它并不是它們獨有的。例如，盲人也表現出回聲定位的能力。然而，更重要的是，我們已經使其適應現代技術。一個很好的例子是超聲波傳感器電路。本指南將探討它是什么、它做什么以及如何創建自己的。

什么是超聲波傳感器？

Sparki超聲波傳感器

超聲波描述了一種頻率超出人類聽覺范圍的聲波。因此，它使其成為合成回聲定位的絕佳候選者。

與高超音速系統非常相似，超聲波傳感器通過發射聲波根據這一原理工作。然后這些聲波會從物體上反彈并返回傳感器。隨后，傳感器將通過測量從其底座到物體的傳播時間和聲速來計算距離。   

因此，簡單地說，超聲波傳感器本質上是一種經濟高效且可靠的方式來測量和檢測物體的存在以及物體之間的距離。它們在距離和成本方面充當接近傳感器和激光距離傳感器之間的中間地帶。本質上，超聲波傳感器比接近傳感器覆蓋的距離更大，但比激光距離傳感器的距離更短。

醫生拿著超聲棒

超聲波傳感器的應用和主要優勢

下面總結一下超聲波傳感器的一些優點和用途：

• 它們可以檢測遠距離（50mm 至 3.5m）的小物體

• 它們的測量和檢測能力不受目標表面和紋理的影響  

• 超聲波傳感器非常適合檢測和測量：

• 固體材料，如金屬、木材、塑料、紙張、軟木、玻璃等。

• 卷起的物品，如紙巾和紡織品

• 大宗商品，如糖、面粉、土豆等。

• 液體，如水、油、果汁等

• 它們是懷孕掃描等醫療保健應用的理想選擇

• 我們可以在汽車碰撞檢測系統中使用它們

• 超聲波傳感器與目標的顏色無關

• 它們不受環境噪音、光照水平和溫度波動的影響

• 超聲波傳感器不受蒸汽、霧氣、灰塵和高濕度的影響

• 它們是固態的——它們具有幾乎無限且免維護的使用壽命

超聲波傳感器類型

我們可以將超聲波傳感器分為三組或三類：

• 物體檢測：這些類型的超聲波傳感器只有離散的開/關輸出。

• 距離測量（超聲波距離傳感器）：這些超聲波傳感器使用行程時間來確定物體之間的距離。它們只有一個模擬輸出。 

• 組合型：這些類型的超聲波傳感器同時具有物體檢測和距離測量功能 

在大多數情況下，具有兩種功能的傳感器與最便宜的最小傳感器之間的價格差異僅為 15%。然而，在所有可用選項中選擇理想的傳感器可能有點讓人不知所措。 

這就是為什么最好了解所有可用的規格和參數（輸出、直徑、距離等）的原因。

如何制作超聲波傳感器電路

在指南的這一部分，我們將探索如何創建和使用您自己的超聲波傳感器。 

組件和材料

• 無焊400點電路面包板

• 6 x 跳線

• Arduino Mega 2560 REV3

• HC-SR04 超聲波傳感器

• 卷尺

您還需要一臺計算機和一些Arduino IDE 的工作知識。 

先決條件信息

HC-SR04 超聲波傳感器 

在開始本教程之前，讓我們先介紹一些有關 HC-SR04 超聲波傳感器的內容。首先，您會注意到超聲波傳感器 HC-SR04 上最大的組件是兩個相同的氣缸。左邊的圓柱體是我們所知道的發射器，而另一個是接收器。因此，您可以通過板上的標簽（T = 發射器和 R = 接收器）分辨哪個是哪個。

發射器發送超聲波，而接收器檢測到任何從物體反射回來的波。您會注意到超聲波傳感器 HC-SR04 有四個引腳：

• Vcc 引腳：為模塊供電的輸入引腳 (5V)

• GND 引腳：接地引腳 - 您將其連接到微控制器上的地

• TRIG 引腳：觸發引腳——發送器引腳（連接發送器組件的輸出引腳）——發送觸發脈沖 

• ECHO 引腳：用于接收信號的輸出引腳（連接到接收器組件）

盡管如此，該項目旨在檢測傳感器前面的物體，然后將其顯示出來。在這種情況下，項目將在串行監視器上顯示結果。如果你想給這個項目添加一些功能或復雜性，你可以添加一個RGB 顯示。 

指示

Arduino超聲波傳感器圖

將 Arduino 板連接到 HC-SR04 傳感器

首先，讓我們連接我們的電路。同樣，您會注意到該項目非常簡單，您可以使用任何廉價的Arduino 微控制器。 

1. 使用一根跳線將 HC-SR04 傳感器的 Vcc 引腳連接到 Arduino Mega 上的 5V 接頭。

*注意：您可以將面包板用作橋接器或將 HC-SR04 模塊直接連接到 Arduino

 2. 接下來，將超聲波傳感器模塊上的 Gnd/GND 連接到 Arduino 微控制器上的接地 (GND) 接頭

3. 將來自超聲波傳感器模塊的 Trig（觸發）引腳連接到 Arduino 微控制器上的接頭 10

4. 最后，將 Echo 引腳連接到 Arduino 微控制器上的接頭 11

完成上述連接的保護后，您就可以開始處理代碼了。您需要通過電纜將 Arduino微控制器連接到 PC。同樣，您必須確保已安裝 Arduino IDE 并且它在所述計算機上正常運行。 

編程項目

1. 將 Arduino 板連接到您的計算機。

2. 運行 Arduino IDE。

3. 創建一個新草圖并將其命名為sketch_nov08a。

4. 接下來，包括 NewPing.h 庫。( #Include <NewPing.h> )

*注意：NewPing.h 庫包含大量的類和函數，使您的超聲波組件的編碼變得容易。 

5. 接下來，實例化一個NewPing對象并將其命名為 Sonar ( NewPing sonar(10,11, 20) )。因此，Sonar 構造函數接受三個參數：

• 觸發銷

• 回聲針

• 以厘米為單位的最大距離（HC-SR04 傳感器的最大距離為 4m）

6.在setup函數下，調用Serial通訊庫中的begin函數，參數為9600—— Serial。開始（9600）

7. 接下來，調用以 60 毫秒為參數的延遲函數（delay(50)）

8. 在loop函數下，添加對來自Serial庫的print函數的調用，以“The distance is:”為參數（Serial.print(“The distance is:”)）。 

9. 再次添加對打印函數的另一個調用。但是這一次，從聲納對象添加對 ping_cm 函數的嵌套調用作為參數（Serial.print(sonar.ping_cm())）。

10.最后添加1秒的延遲(delay(1000))

完成后，運行代碼并將其移植到您將電纜連接到的任何端口。最終的 Sketch 應該是這樣的：

草圖截圖

如果您正確編寫和編譯了上述代碼，則每當您在傳感器前放置一個對象時，您的控制臺/串行監視器屏幕都會如下所示：

輸出截圖

如果您對更具挑戰性的項目感興趣，為什么不訪問我們的Arduino 接近傳感器指南？ 

結論

使用超聲波或超聲波是展示我們如何在日常技術中使用回聲定位的好方法。上述指南探討了超聲波傳感器是什么。此外，為了幫助您理解超聲波檢測的概念，我們還提供了一個簡短的教程，向您展示如何將超聲波模塊與 Arduino 微控制器配合使用。盡管如此，我們希望您喜歡閱讀本指南。一如既往，感謝您的閱讀。