ESP32超声波测距

Posted 2021-07-24 JIACHUN123

1. 实验目的

学习HC-SR04模块的使用
实现使用模块测距并显示

2. 实验设备

ESP32-board，HC-SR04模块，SSD1306 OLED显示屏模块

相关知识点
HC-SR04模块是一款利用超声波测量距离的传感器，模块的实物图如图所示

• 因为声波在空气中的传播速度是固定的，发射的超声波遇到障碍物会反射回来，我们记录下发射波到接受反射波之间的时间差，就可以计算出模块距离障碍物的距离。我们可以把这个用于测距、避障等领域。HC-SR04模块的测量距离为2-400cm，测量角度为30°，当测量距离大于范围时传感器接收不到反射波应该不难理解，需要注意的是当测量距离小于一定距离时，因为发射器发出发射波后还会有一定时间的余振，也被叫作拖尾，这段时间内接收器不能区分余振接收器和反射波，所以这段时间内反射回来的。和模块有四个引脚，分别是电源、地、TRIG和ECHO，TRIG引脚输入触发信号，ECHO引脚根据接收到返回信号的时长输出高电平，可以触发中断。
  模块的使用步骤如下：
• TRIG引脚输入至少10us的高电平，触发测距操作
• 模块自动发送8个40kHz的方波脉冲，ECHO引脚变高电平，开始计时
• 检测到返回信号，ECHO引脚变低电平，停止计时
• 使用计时时长计算出距离
  我们可以看到工作时的时序图如下：
  了解了原理之后，不必要自己手动编写驱动程序，我们提供了驱动文件，了解原理是为了能够针对不同情况做出自定义的修改，驱动文件的使用方法如下：
  方法 说明
  HCSR04. HCSR04(tri, ech) 构造方法，根据传入的引脚好创建对应的HCSR04对象，tri为TRIG引脚名，ech为ECHO引脚名
  HCSR04.distance() 返回距离，单位为cm

3.实验内容

上载驱动文件，创建HCSR04对象，使用定时器循环测量距离并显示在显示屏上。
以下是实现代码：

from machine import I2C, Timer, Pin
from ssd1306 import SSD1306_I2C
from HCSR04 import HCSR04
i2c = I2C(sda=Pin(23), scl=Pin(19))
#连接SSD1306引脚
oled = SSD1306_I2C(128, 64, i2c, addr=0x3c)
hc = HCSR04(tri=14, ech=12)
def HC_Run(t):
    oled.fill(0)
    oled.text("HCSR04", 0, 0)
    # 读取距离并显示
    oled.text('{:.1f} cm'.format(hc.distance()), 0, 32)
   	 oled.show()
timer = Timer(-1)
timer.init(period=1000, mode=Timer.PERIODIC, callback=HC_Run)

实验结果
开始运行程序，我们能在显示屏上看到当前面对障碍物的距离。
障碍物靠前
当我们后移障碍物，可以看到显示屏上的数据变大。注意被测距物体正对传感器才能获得较好的检测效果，如果偏离角度大于阈值可能导致超声波无法正确返回传感器，那么就无法测得准确的值。

障碍物靠后

4.总结

本次实验我们学习了HC-SR04超声波测距传感器的使用，利用这个模块我们可以实现避障，也可以用于生产线对产品的检测，还可以用于水位检测等等。