Lesson 3
一 任务
熟练arduino烧录程序步骤
学会使用超声波测距模块HC-SR04 |代码
二 器材
超声波模块*1
Arduino Nano 板 *1
USB-micro数据线*1
面板板、排针、杜邦线
三 模块介绍——HC-SR04
1、Introduction
HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能,测距精度可高达3mm;
2、 Basic
超声波模块基本工作原理如下:
(1) 采用IO口“TRIG”触发测距(需给至少10us的高电平信号);
(2) 模块自动发送若干方波,自动监测是否有信号返回;
(3) 若有信号返回,通过IO口“ECHO”输出一个高电平,其持续时间为超声波从发射到返回的时间。
Q1:若假设声速为340m/s,超声波返回时间为T,那么测量距离S为多少?
(See the answer below this page.)
四 模块应用实战
现在让我们一起来看看如何使用超声波模块吧!
1、初始化
首先我们先初始化管脚以及一些变量,此处我们选择了Nano芯片的第10、11管脚:
有地方看不懂了?那就翻翻上周的代码吧!(Google也行)
2、主函数
我们先跳过处理超声波数据的函数,来看看我们的main函数(也就是loop函数)
这里,我们用 find_distance()来代表超声波信号处理函数,该函数会改变全局变量distance的值从而反馈给我们一个超声波测量的距离,然后我们将该值print出来。
注意这个函数,属于Arduino库自带函数。我们将括号里的变量输出到了输出缓冲区,在程序运行时可以打开软件的 “串口监视器” 进行查看,如下图(程序运行时该窗口也会自动跳出来)。
接下来,我们需要告诉超声波模块该工作了;并告诉nano板要准备接收来自超声波的信号,对返回的时间进行处理,最终计算出距离。
3、超声波信号处理函数
我们直接看看代码:
这里一开始先给超声波一个高电平HIGH信号,然后用 pulseIn() 函数让nano板准备接收超声波返回的信号,该函数返回的单位为us。最后,我们通过简单计算得出distance的值。
Q2:pulseIn()函数里的 “5000” 代表的是nano板最多等待超声波模块5000us,如果超时,就返回0。那么我们的超声波模块这里设置的最大测距范围是多大?
(See the answer below this page.)
五* 应用延伸:操控键盘
1、环境要求
通过上文的学习,我们已经可以将现实世界的信号转化为屏幕上的数字了。从现实到数字,这一步已经可以解决我们现实中的绝大多数问题。接下来,我们将通过一个简单小例子来迈出更大的一步:用超声波来隔空控制我们的键盘。(也许你已经在百团大战上玩过我们社团展台的该游戏了)
环境需求:Python3.6.0及以上
软件需求:任何的Python IDE都行(或者用系统自带的cmd) eg.Pycharm
Arduino
(本节实例演示均在Python 3.7 的 Pycharm2020 软件中运行)
Tips:如果你的电脑还没有python环境,请参考如下网址进行配置:
https://www.runoob.com/python/python-install.html
在安配置好python环境后,我们还需要安装几个本次实例需要用的package;
如果你是win10系统,请打开电脑的cmd命令行操作窗口(mac系统请在启动台中打开终端),依次键入如下命令进行安装.
2、代码示例
目标:每当有物体在超声波模块上方1cm—25cm时,电脑自动按下右键,即"right"键.
First,我们先要打开 Arduino IDE 拷入以下代码进入nano板:
然后,需要在arduino界面找到你连接的端口号,这里我们示例的端口号为COM5.
接着,我们打开任意的 Python IDE 在电脑上运行如下python程序:
试试看!将手放在超声波上,让后鼠标点击任意一段文字,就可以发现电脑的光标在不断右移。
3、延伸思考
如果我们想完成对其他按键的控制该如何修改?
没错!只需要将拷入nano板代码中的 **Serial.write("right")**函数参数改成你想要的按键就行了!
那多个按键的控制?只需要添加多个超声波,代码和参数稍作CRTL+C/V即可实现!
试试看!去4399找个单按键的小游戏玩玩!
如果断网,可以选择Chrome浏览器中的自带小恐龙游戏( Chrome中输入chrome://dino/,空格键操控)。
如果你觉得反应不灵敏,可以尝试着调节代码中的delay()函数的时间,以获取更好的游戏体验。
参考答案
A1: S = 340 * T / 2
A2:MAX_distance = 340 * 0.005 / 2= 0.85m
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