树莓派超声波测距

树莓派引脚使用

直接给出树莓派引脚图：

如上图所示，我们可以很清楚的看到各个引脚的功能。

例如我们想使用 pwm 引脚来控制舵机，则我们可以考虑使用其中的 BCM18(PWM0) 和 BCM13(PWM1)。

在使用 wiringPi 库时，我们定义的引脚即 BCM 引脚，例如:

pwmPinV = 18
pwmPinH = 13

如果这里使用 python 语言，直接引入对应的库即可：

#导入 GPIO库
import RPi.GPIO as GPIO
#定义 GPIO 引脚
GPIO_TRIGGER = 23
GPIO_ECHO = 24

树莓派获取超声波数据

前面我们已经多次介绍超声波 HC-SR04 模块的使用原理，这里我们就不再进行说明，我们只给出树莓派如何进行超声波测距

接线方式

4 个引脚由 2 个电源引脚(Vcc 、GND)和 2 个控制引脚(Trig、Echo)组成
Vcc 和 Gnd 接 5v DC 电源，但不推荐用独立电源给它供电，应使用树莓派或单片机的 GPIO 口输出 5v 和 Gnd 给它供电。不然会影响这个模块的运行
Trig 引脚用来接收来自树莓派的控制信号。接任意 GPIO 口
Echo 引脚用来发送测距结果给树莓派。接任意 GPIO 口

注意：Echo 返回的是 5v信号，而树莓派的 GPIO 接收超过 3.3v 的信号可能会被烧毁，因此需要加一个分压电路

HC-SR04 的测距过程

树莓派向 Trig 脚发送一个持续 10us 的脉冲信号
HC-SR04 接收到树莓派发送的脉冲信号，开始发送超声波 (start sending ultrasoun)，并把 Echo置为高电平。然后准备接收返回的超声波
当 HC-SR04 接收到返回的超声波 (receive returned ultrasound) 时，把 Echo 置为低电平

从上述过程可以看出， Echo 高电平持续的时间就是超声波从发射到返回所经过的时间间隔

电路图

接线跟前文所说的一样。 GPIO 2 脚接 Trig ， GPIO 3 脚接 Echo 。树莓派的 +5v 和 Gnd 与 HC-SR04 的 Vcc 和 Gnd 相连。还有一个分压电路，一端接 Echo ，另一端接 Gnd

1k 和 2k 电阻组成了一个分压电路，使 GPIO 3 脚的电压降到了 3.3v 左右

python 程序

初始化相关引脚:

#导入 GPIO库
import RPi.GPIO as GPIO
import time
  
#设置 GPIO 模式为 BCM
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
  
#定义 GPIO 引脚
GPIO_TRIGGER = 23
GPIO_ECHO = 24
  
#设置 GPIO 的工作方式 (IN / OUT)
GPIO.setup(GPIO_TRIGGER, GPIO.OUT)
GPIO.setup(GPIO_ECHO, GPIO.IN)

23 脚连 Trig ，设为输出模式； 24 脚连 Echo，设为输入模式

注意：这里的引脚 23 与 24 并不是板子上的引脚顺序编号，而是 GPIO 引脚号

然后向 Trig 引脚输入 10us 的脉冲：

GPIO.output(GPIO_TRIGGER, True)
  
    # 持续 10 us 
    time.sleep(0.00001)
    GPIO.output(GPIO_TRIGGER, False)

time.sleep() 接收的参数单位为 s ，于是把10 us 转换为 0.00001 s

接收到这个脉冲后，HC-SR04 发射出超声波，同时把 Echo 置为高电平。在发射之前，Echo 一直为低电平

据此编写程序，记录超声波发射时的时间

# 记录发送超声波的时刻1
    while GPIO.input(GPIO_ECHO) == 0:
        start_time = time.time()

然后记录超声波返回时的时间

# 记录接收到返回超声波的时刻2
    while GPIO.input(GPIO_ECHO) == 1:
        stop_time = time.time()

这样就获得了我们需要的数据 pulse_start 和 pulse_end ，可以算出距离了

测得距离(单位:m) = (pulse_end – pulse_start) * 声波速度 / 2

声波速度取 343m/s

然后再把测得的距离转换为 cm

测得距离(单位:cm) = (pulse_end – pulse_start) * 声波速度 / 2 * 100 = (pulse_end – pulse_start) * 17150

time_elapsed = stop_time - start_time
# 声波的速度为 343m/s， 转化为 34300cm/s。
distance = (time_elapsed * 34300) / 2

dist = distance()
print("Measured Distance = {:.2f} cm".format(dist))
time.sleep(1)

以下是完整代码：

#导入 GPIO库
import RPi.GPIO as GPIO
import time
  
#设置 GPIO 模式为 BCM
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
  
#定义 GPIO 引脚
GPIO_TRIGGER = 23
GPIO_ECHO = 24
  
#设置 GPIO 的工作方式 (IN / OUT)
GPIO.setup(GPIO_TRIGGER, GPIO.OUT)
GPIO.setup(GPIO_ECHO, GPIO.IN)
  
def distance():
    # 发送高电平信号到 Trig 引脚
    GPIO.output(GPIO_TRIGGER, True)
  
    # 持续 10 us 
    time.sleep(0.00001)
    GPIO.output(GPIO_TRIGGER, False)
  
    start_time = time.time()
    stop_time = time.time()
  
    # 记录发送超声波的时刻1
    while GPIO.input(GPIO_ECHO) == 0:
        start_time = time.time()
  
    # 记录接收到返回超声波的时刻2
    while GPIO.input(GPIO_ECHO) == 1:
        stop_time = time.time()
  
    # 计算超声波的往返时间 = 时刻2 - 时刻1
    time_elapsed = stop_time - start_time
    # 声波的速度为 343m/s， 转化为 34300cm/s。
    distance = (time_elapsed * 34300) / 2
  
    return distance
  
if __name__ == '__main__':
    try:
        while True:
            dist = distance()
            print("Measured Distance = {:.2f} cm".format(dist))
            time.sleep(1)
  
        # Reset by pressing CTRL + C
    except KeyboardInterrupt:
        print("Measurement stopped by User")
        GPIO.cleanup()