樹莓派連接超聲波測距傳感器

今天我們來玩超聲波測距傳感器。我購買的是型號是US-015，長得是下面這個樣子：

可以看到它有四個引腳，除了電源VCC和地線GND外，主要靠Trig（觸發(fā)）引腳和Echo(回波）引腳來測距。其工作原理如下圖

其工作的時序圖如下：

由于超聲波電源為5V，在樹莓派的官方文檔中，5V的電壓如果接到GPIO引腳，會燒壞樹莓派（樹莓派使用3.3V電壓）。所以推薦在連接Echo引腳時通過電阻來做分壓處理，其電路如下圖所示：

如果我們手邊沒有330歐和470歐的電阻，也可以使用2個完全相同的電阻來做分壓，電阻的大小不限，這樣分壓后的GPIO引腳可以得到2.5V的電平，仍然會讀入為高電位（一般集成電路會把超過2伏作為高電位），可以得到同樣的效果。（多說一句：我看到網(wǎng)上很多文章提供的電路都是讓5v的Echo直接連接GPIO，也可以成功，我自己也試了一下，從我的經(jīng)歷看，樹莓派沒有被5v的電壓燒毀，其原因應該是Echo一直輸出低電位，只有在trig觸發(fā)后的檢測到回波時才短暫的輸出5v高電位，所以很幸運的沒有對樹莓派造成影響，但 不建議大家嘗試，否則后果自負！ ）

最終的電路連接好后如下圖所示：

然后執(zhí)行下面的程序，這段程序的邏輯就是向Trig引腳發(fā)送10us的高電平，觸發(fā)超聲波模塊發(fā)送8個40khz的方波，然后讀取Echo的高電位時間，此時間就是超聲波從發(fā)送到返回的時間，也就是2個從傳感器到阻擋物體的距離。

import RPi.GPIO as GPIO

from time import sleep,time

TRIG = 6      #傳感器tirg引腳接GPIO6
ECHO = 17     #傳感器Echo引腳接GPIO17，大家需要根據(jù)自己電路連接情況修改

GPIO.setmode(GPIO.BCM)    #設置為BCM模式。
GPIO.setup(TRIG,GPIO.OUT)  #把 GPIO6設置為輸出
GPIO.setup(ECHO,GPIO.IN)   #把GPIO17設置為輸入
GPIO.output(TRIG,0)    # 給Trig輸出低電平
i = 1     # 測距計數(shù)器  
while True:
    print("-----start----",i)
    sleep(0.00002)    #讓低電平保持20us
    GPIO.output(TRIG,1)   #觸發(fā)trig，設置為高電位10us
    sleep(0.00001)       # 保持高電位10us
    GPIO.output(TRIG,0)  # 然后把trig設置為低電位
    while GPIO.input(ECHO) == 0:  # 當Echo為低電位時在此循環(huán)等待
        a = 1
    time1 = time()      # 當Echo為高電位時跳出上面的while循環(huán)，讀取此時時間
    while GPIO.input(ECHO) == 1:   # 當Echo為高電位是循環(huán)，直到變?yōu)榈碗娢?span>
        a = 2
    time2 = time()      # 當Echo變?yōu)榈碗娢粫r跳出上面while循環(huán)，讀取當前時間   
    #print("time2:",time2)
    during = time2-time1   # 計算保持高電位的時間
    #print("during:",during)
    distance = during*340*100/2   # 高電位的時間 * 340米（聲音速度）/2（往返），乘100轉(zhuǎn)為厘米
    print("time1:",time1)
    print("time2:",time2)
    print("during:",during)
    print("distance:",distance)   # 顯示測算的距離
    sleep(2)     
    i = i+1

運行程序時，在超聲波前面移動書本，可以看到輸出如下：

其實，GPIOZero其實已經(jīng)實現(xiàn)了距離傳感器，并且封裝為可以直接使用的類DistanceSensor，用它的話代碼會非常簡單，其底層實現(xiàn)的機理和我們上面的代碼其實是一樣的。

from gpiozero import DistanceSensor
from time import sleep


sensor = DistanceSensor(echo=17, trigger=6)
while True:
    print('Distance: ', sensor.distance * 100)
    sleep(1)

運行結(jié)果如下：