超聲波傳感器與樹莓派Pico W接口使用Arduino IDE

大家好，在這個(gè)項(xiàng)目中，我們將學(xué)習(xí)如何使用Arduino IDE將超聲波傳感器與Raspberry Pi Pico W連接起來，該IDE結(jié)合了Pico W微控制器板的功能以及Arduino開發(fā)環(huán)境提供的易于編程的功能。使用Arduino IDE提供了一種使用C/ c++編程開發(fā)板的直接方法。

這個(gè)項(xiàng)目讓您了解使用超聲波傳感器測(cè)量距離，超聲波傳感器可用于根據(jù)檢測(cè)到的距離執(zhí)行各種操作。通過利用Raspberry Pi Pico W的功能和Arduino IDE的簡(jiǎn)單性，您可以創(chuàng)建一系列應(yīng)用程序，例如距離監(jiān)控，對(duì)象檢測(cè)和避障系統(tǒng)。讓我們來探討一下如何設(shè)置和編程這個(gè)項(xiàng)目，以釋放它在應(yīng)用程序中的潛力。

通過之前的教程了解更多關(guān)于樹莓派Pico W的信息：

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組件的要求

?超聲波傳感器模塊

?樹莓派Pico W板

?跳線和面包板

?超聲波傳感器模塊

超聲波傳感器的工作原理是利用聲波計(jì)算物體的距離，使其成為一種有效的距離測(cè)量傳感器。它由兩個(gè)超聲波換能器組成，其中一個(gè)作為發(fā)射器，發(fā)射高頻超聲波信號(hào)。另一個(gè)換能器充當(dāng)接收器，檢測(cè)其路徑上任何物體反射的回波信號(hào)。超聲波傳感器具有成本效益，接口簡(jiǎn)單，功耗低的特點(diǎn)。它們也可以用來測(cè)量水深，因?yàn)槁暡梢栽谒袀鞑ァ?

測(cè)量距離的范圍約為2cm ~ 400cm。工作的基本原理是：

觸發(fā)引腳應(yīng)該有至少10us的高電平信號(hào)。

模塊通過發(fā)射器自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40khz頻率信號(hào)，當(dāng)脈沖發(fā)送時(shí)，回聲引腳就會(huì)變高，當(dāng)脈沖接收時(shí)，回聲引腳就會(huì)變低。

如果信號(hào)返回，則回波引腳的高電平時(shí)間是從發(fā)送到返回超聲波脈沖的持續(xù)時(shí)間。

距離計(jì)算：由控制器IC測(cè)量波傳播距離所花費(fèi)的時(shí)間，因此波傳播的距離是用聲速(340m/s)乘以波的時(shí)間長(zhǎng)度來計(jì)算的。波傳播的總距離的一半是物體到傳感器的實(shí)際距離。

超聲波傳感器模塊輸出

超聲波傳感器的連接有四個(gè)端子：

VCC(電源)：該引腳連接電源，通常為5V。它為超聲波傳感器的工作提供必要的電壓。

GND(接地)：接地引腳連接到電源的接地或0V基準(zhǔn)。

TRIG(觸發(fā)器)：TRIG引腳是一個(gè)輸入引腳，觸發(fā)超聲波傳感器發(fā)出10μs的超聲波脈沖。你通常發(fā)送一個(gè)短的高電平脈沖到這個(gè)引腳來啟動(dòng)距離測(cè)量。

ECHO(回聲)：ECHO引腳是一個(gè)輸出引腳，它在物體反射超聲波脈沖后感知它。通過測(cè)量該引腳上高電平的持續(xù)時(shí)間，可以計(jì)算到對(duì)象的距離。

電路圖-超聲傳感器與樹莓派Pico W接口

樹莓派Pico W板提供多個(gè)GPIO數(shù)字引腳，因?yàn)槿呛突夭ㄊ菙?shù)字引腳，因此您可以使用板上的任何數(shù)字引腳。關(guān)于它的兼容性和引腳，您可以參考之前創(chuàng)建的樹莓派Pico w的博客。下面的電路圖可以幫助您更好地理解連接。

超聲波的Vcc或電源引腳應(yīng)連接到電源電壓為5v的Raspberry Pi Pico W的VBUS引腳上。

超聲波的GND連接到Pico板的任何接地端子上。由于電路板上有各種接地端子，您可以使用其中任何一個(gè)。

傳感器的三角引腳連接到Pico板的數(shù)字引腳GP20上。

Echo引腳連接到Pico板的GP21上。

真正的界面是這樣的：

代碼的接口超聲傳感器與樹莓派Pico W

該代碼使用傳感器測(cè)量距離，并將測(cè)量的距離以厘米為單位顯示到串行監(jiān)視器上。

該程序設(shè)置了數(shù)字引腳，用于將傳感器與Pico W板連接，因?yàn)槲覀冎莱暡ㄉ嫌袃蓚€(gè)數(shù)字引腳用于通信。此外，我們還定義了一些必要的變量，以便在進(jìn)一步的編程中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

在setup()函數(shù)中，執(zhí)行了以下操作：

初始化串行通信并設(shè)置數(shù)字通信引腳的引腳模式。在這種情況下，三角引腳需要來自板的高信號(hào)，而Echo提供高時(shí)間，用于計(jì)算。因此，將三角引腳設(shè)置為輸出以發(fā)送信號(hào)，而將回聲引腳設(shè)置為輸入以接收高時(shí)間。

在loop()函數(shù)中，我們知道觸發(fā)引腳應(yīng)該在10μs內(nèi)處于HIGH狀態(tài)以傳輸脈沖。因此,

觸發(fā)引腳設(shè)置為L(zhǎng)OW，以確保它處于已知狀態(tài)。

延遲2微秒的觸發(fā)引腳設(shè)置為高10微秒發(fā)送超聲波脈沖。

觸發(fā)引腳設(shè)置回LOW。

pulseIn()函數(shù)用于測(cè)量超聲波脈沖返回所需的持續(xù)時(shí)間。它測(cè)量回聲引腳保持高電平的持續(xù)時(shí)間，然后以微秒為單位返回持續(xù)時(shí)間。

距離可以簡(jiǎn)單地通過將持續(xù)時(shí)間(以μs為單位)乘以聲速(大約340米/秒)并除以2來計(jì)算，因?yàn)槊}沖傳播到物體和返回的距離是距離的兩倍。由于持續(xù)時(shí)間以μs為單位，因此為了將速度(340 m/s)轉(zhuǎn)換為μs，我們還將方程除以10^4。

計(jì)算出的距離以厘米為單位打印在串行監(jiān)視器上。

代碼不斷重復(fù)這個(gè)過程，每0.5秒測(cè)量一次距離并顯示在串行監(jiān)視器上。

樹莓派的超聲波工作原理

上傳代碼到Raspberry Pi Pico W需要在Arduino IDE中安裝板。將代碼上傳到Pico W板，然后檢查硬件連接是否正確。

現(xiàn)在，打開串行監(jiān)視器，您將看到以厘米為單位的距離測(cè)量值。

本文編譯自iotdesignpro