在树莓派4B上使用HC-SR04超声波测距模块

HC-SR04技术原理

简介

HC-SR04 模块可以测量 3cm – 4m 的距离，精确度可以达到 3mm。这个模块包括 超声波发射器、超声波接收器和控制电路三部分。有 4 个引脚。

参数表

项目	参数
工作电压	DC 5V
工作电流	15mA
最短测量距离	3cm
最长测试距离	4m
测量角度	15°
Trigger引脚输入信号	10us TTL脉冲
Echo引脚输出信号	5V 脉冲信号

引脚定义

引脚	功能
VCC	控制电压，DC 5V
Trig	接收来自树莓派的控制信号
Echo	发送测距结果给树莓派
Gnd	接地

物理原理

电子原理

1. 树莓派向Trig引脚发送一个持续10us的脉冲信号。

2. HC-SR04接收到树莓派发送的脉冲信号，开始发送超声波（start sending ultrasoun），并把Echo置为高电平。然后准备接收返回的超声波。

3. 当HC-SR04接收到返回的超声波（receive returned ultrasound）时，把Echo置为低电平。

从上述过程可以看出， Echo高电平持续的时间就是超声波从发射到返回所经过的时间间隔。

接线与程序

接线

GPIO可以自由选择，由程序决定。

程序

程序来自：树莓派上使用HC-SR04超声波测距模块 | 树莓派实验室 (nxez.com)

#导入 GPIO库
import RPi.GPIO as GPIO
import time
  
#设置 GPIO 模式为 BCM
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
  
#定义 GPIO 引脚
GPIO_TRIGGER = 23
GPIO_ECHO = 24
  
#设置 GPIO 的工作方式 (IN / OUT)
GPIO.setup(GPIO_TRIGGER, GPIO.OUT)
GPIO.setup(GPIO_ECHO, GPIO.IN)
  
def distance():
    # 发送高电平信号到 Trig 引脚
    GPIO.output(GPIO_TRIGGER, True)
  
    # 持续 10 us 
    time.sleep(0.00001)
    GPIO.output(GPIO_TRIGGER, False)
  
    start_time = time.time()
    stop_time = time.time()
  
    # 记录发送超声波的时刻1
    while GPIO.input(GPIO_ECHO) == 0:
        start_time = time.time()
  
    # 记录接收到返回超声波的时刻2
    while GPIO.input(GPIO_ECHO) == 1:
        stop_time = time.time()
  
    # 计算超声波的往返时间 = 时刻2 - 时刻1
    time_elapsed = stop_time - start_time
    # 声波的速度为 343m/s， 转化为 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()