關(guān)于測距傳感器的開發(fā)和性能介紹分析和應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)大學(xué)第二講開課啦！都說傳感器是物聯(lián)網(wǎng)的核心，可你知道小體積的測距傳感器有啥大用途嗎？憋說話，看文章吧！

“請勿靠近”、“安全距離”、“到達(dá)指定位置”、“左側(cè)0.6米處”，這些都是我們平時經(jīng)常在銀行、地鐵，或停車時看到的警示。這些警示對我們?nèi)松碡敭a(chǎn)安全的保障非常重要，其核心便是“距離”，物聯(lián)網(wǎng)界亦是如此。今天，筆者就帶大家認(rèn)識一下這些使“距離產(chǎn)生美”的傳感器們。

紅外傳感器

首先登場的是簡單、經(jīng)濟(jì)的紅外傳感器。說它簡單，因為其原理為通斷檢測，其距離的判斷是在硬件設(shè)計階段調(diào)試并固定的長度，返回的結(jié)果僅僅為“通、斷”兩個狀態(tài)。主要完成避障功能與遮擋檢測，在日常生活中也是比較常見的，像是紅極一時的掃地機(jī)器人，小小圓圓的，只需放在地上一會就可以將你的屋子打掃干凈。當(dāng)它檢測到前方有障礙或者懸空時就會繞開，這樣就可以躲避家具、樓梯，并且將你的地板清理干凈了，這里面的最基本技術(shù)就是避障；還有我們進(jìn)入商店時的自動門，當(dāng)我們靠近時，門就會自動開啟，而當(dāng)我們走過時，門就會自動關(guān)閉，另外，地鐵閘機(jī)口的開啟與關(guān)閉也是利用兩個紅外傳感器依次感知通斷功能。

在詳細(xì)介紹之前，我們先近距離看一眼紅外傳感器的樣子：

（紅外傳感示例圖）

通過上面的傳感器特寫，我們可以看到其具有一對紅外線發(fā)射與接收管，發(fā)射管發(fā)射出固定38KHz頻率的紅外線，當(dāng)檢測方向遇到障礙物（反射面）時，紅外線反射回來被接收管接收，此時指示燈亮起，經(jīng)過電路處理后，信號輸出接口輸出數(shù)字信號，可通過電位器旋鈕調(diào)節(jié)檢測距離，有效距離2～40cm，工作電壓為3.3V-5V，由于工作電壓范圍寬泛，在電源電壓波動比較大的情況下仍能穩(wěn)定工作，非常適合我們英特爾伽利略開發(fā)板，使用杜綁線連接后即可感測周圍環(huán)境的變化。

對于英特爾伽利略開發(fā)板，在軟件編程上面也是非常方便的。筆者這里僅給出編程示例，具體的項目應(yīng)用還需要網(wǎng)友們自行編寫。

編程示例

void setup(){

pinMode(IR,INPUT);

}

void loop(){

int break;

break = digitalRead(IR);

if(break == 0){

stop();//有障礙物，躲避

}}

超聲波傳感器

紅外測距傳感器的測量范圍是10cm到80cm，所以對于要求更遠(yuǎn)的距離與測量精度來說，超聲波測距傳感器將會更為適用，還有一點就是不受周圍環(huán)境光源干擾，在物聯(lián)網(wǎng)實際應(yīng)用中，也是不可忽視的重要因素。我們以超聲波傳感器為例，簡單地學(xué)習(xí)一下超聲波測距原理，再在英特爾伽利略開發(fā)板上做超聲波傳感器應(yīng)用實驗。

超聲波傳感器的工作方式就像聲納一樣，是通過發(fā)送器發(fā)射出來的超聲波被物體反射后傳到接收器接收，以判斷是否檢測到物體。信號反射時間越長，則目標(biāo)越遠(yuǎn)。超聲波傳感器的測量距離長度可以達(dá)到450厘米之遠(yuǎn)，精度也可以高達(dá)0.3厘米。當(dāng)然，距離是由接收時間長度反向推理，軟件計算出來的。超聲波的傳播速度V可以用下式表示：

V=331.5+0.6T（m/s）

公式中，T（攝氏度）為環(huán)境溫度，在23攝氏度的常溫下超聲波傳播速度為345.3m/s。超聲波傳感器就是利用這樣的超聲波來檢測物體的?，F(xiàn)在已經(jīng)知道了傳播速度與傳播時間，那么傳播距離是不是很容易計算出來了？

下面是超聲波傳感器的實物圖，很簡單的四根線，輸入和輸出接口只需接入英特爾伽利略任意的兩個數(shù)字接口。

接下來，筆者依然給出英特爾伽利略開發(fā)板的簡要編程示例源代碼，如下：

編程示例

int SonicSendPin = 4;

int SonicReceivePin = 5;

void setup(){

Serial.begin(9600);

pinMode(inputPin, INPUT);

pinMode(outputPin, OUTPUT);

}

void loop(){

digitalWrite(SonicSendPin, LOW);

delayMicroseconds(2);

digitalWrite(SonicSendPin, HIGH);

delayMicroseconds(10);

digitalWrite(SonicSendPin, LOW);

int distance = pulseIn(SonicReceivePin, HIGH);

distance= distance / 58;

Serial.println(distance);

delay(50);

}

當(dāng)然，還有更加昂貴、精度更加精準(zhǔn)的激光測距傳感器，也有精度不足、但是非常經(jīng)濟(jì)的夏普GP2D12紅外測距傳感器，這兩款測距傳感器很少實際使用，原理大同小異。

測距傳感器的加入使得我們的物聯(lián)網(wǎng)能夠輕松判斷“面前”是否有物體，并能夠輕松獲取“面前”的物體離我們多遠(yuǎn)，也讓我們物聯(lián)網(wǎng)的執(zhí)行器能夠從容處理目標(biāo)，也就意味著我們可以隨意處理目標(biāo)物體，不用關(guān)心具體的位置，比如一個自動垃圾撿拾器，我們只需要隨意將垃圾扔到一個指定區(qū)域即可，不需要有姚明罰球般的投籃準(zhǔn)確性。連接到物聯(lián)網(wǎng)的執(zhí)行器也就可以自主測量與判斷，為后期物聯(lián)網(wǎng)自主思考，實現(xiàn)人工智能打下艱實的基礎(chǔ)。

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