Arduino讀取超音波距離感測器 (Arduino and Ultrasound)

超音波是一種經常會使用在判斷物品靠近距離的距離感測器，其工作方式可以用蝙蝠判斷前方物體的方法來理解，發出超音波後，當碰到物品反彈回來後，只要計算發出與回傳的時間差及當下氣溫中聲音的傳播速度，既可以大概的計算出物品與感測器間的距離。

硬體接線

測試時我是使用HC – SR04，測距時只需要給予10us的高電位信號既可[1]。

超音波數據

在乾燥的空氣中，聲音的速度可以用 (331.3 + 0.606*T ) m/s的方式計算[2]，其中T 是攝氏的氣溫。因此假設目前環境大約是20度攝氏度，則聲音速度為 331.3+0.606*20 = 343.42 m/s，因為在程式中我們要使用微秒(µs)及公分(cm)為單位來觀察，因此將得到的343.42 m/s轉換為0.034342 cm /µs, 即每公分需要約29.12µs。
超音波自感測器發出，到碰到物體後反射回來後被接收到，如果將其移動軌跡想像成是一直線，則可以很直覺的得知，音波移動的路徑是兩倍的超音波到物件間的距離。因此在程式中我們會需要先將得到的超音波的數據先除以2，取得單趟的移動時間後，再除以剛才計算得知的29.12µs/cm，才會得到大約的超音波到物件之間距離。

程式介紹

一開始會需要先定義腳位，另外為了要確認轉換後的資料是否正確，因此我們還需要把串列的顯示的功能也加入。在硬體接線上，我是將超音波的Trig腳位接到 12的位置，Echo腳位接到 11的位置。串列通訊的頻率則是設定為115200Hz。

• pinMode(pin, mode)[3]: Pin 是定義要設定的腳位，mode是定義腳位的狀態。
  • Input: 指定為輸入
  • Output: 指定為輸出

將電位先設定5µs的低電位後，再轉換為10µs的高電位，最後再轉回低電位，並且讀取echo腳位的電位資料。

• digitalWrite(pin, value) [3]: Pin 是定義要設定的腳位，value是設定HIGH跟LOW。
• delayMicroseconds(value) [3]: 設定延遲的時間。

接著將剛才在上面建立的計算式子導入。

• pulseIn(pin, value)[3]: Pin 是定義要設定的腳位，value是設定HIGH跟LOW。
  • 程式中使用這個函式來讀取收到高電位的時間。

最後將顯示的指令加入。

等一切都好了就可以將程式燒錄進去Ardunio並且做開啟右上角的觀察視窗，看看判斷到的距離數據有沒有跟真實的差很多，沒有的差太多的話，就表示我們成功建立了讀取超音波的功能。

參考資料
[1] ElectronicWings , HC – SR04
[2] Wiki, Speed of sound
[3] Arduino Functions