# 机器人基础--超声波传感器

我们一般要等到晚上，才会在天空看到蝙蝠，你知道蝙蝠是怎么在夜晚飞行的吗？
蝙蝠的视力非常差，它主要靠回声定位技术飞行，蝙蝠会发出尖锐的叫声，再用耳朵收集周围传来的回声，判断附近物体的大小和位置。

# 情景分析

超声波传感器有一个发生器，一个接收器。发生器发出声音，碰到东西后反弹回来，被接收器接收。声音的速度是大约1秒钟340米。如果1秒钟之后才接收到回音，声音就走了340米，如果是半秒种的话，声音就走了170米。所以只要知道过了多久才收到回音，就知道声音走了多少米，也就知道东西离我们有多远。声音是发出去，再反弹回来的，计算声音走了多远后还要减去一半才是距离哦。
超声波模块通常有两个端口：触发Trig，接收Echo。在触发端口上的电平由低电平转到高电平时，超声波模块发出声波，接收到回音后在Echo端口上输出低电平。为了节约端口，我们的超声波模块将两个端口合并成一个，操作还是一样的，只是要记住改变端口的输入输出状态。
测量时间的指令是pulseIn(pin,value,[timeout])，pin是要测量的端口，value是测量高电平或者低电平，timeout是最多等待多长时间，单位是微秒，1000微秒等于1毫秒，1000毫秒等于1秒。timeout是可以不填的，指令将一直等待。执行指令时，控制器等待端口上出现要测量的电平出现，开始记录，等到端口电平变化时，把记录到的时间作为指令的结果，指令执行完成。如果时间超了timeout，指令返回0，指令结束。对应积木
触发信号要持续10微秒左右，时间太短超声波模块可能会没注意到。暂停微秒的指令是delayMicroseconds(us),us是要暂停的时间（微秒，千分之一毫秒）对应积木
两次测量之间要间隔一段时间，因为声波是四处扩散的，近处的东西把声波反弹回来，超声波模块接收到了，测量结束。马上再次发送声波，进入探测模式。这个时候第一次发送的声波恰好被比较远的东西反弹回来。超声波模块探测到上一次发送的声波，得到错误的数据。
OseppBlockIDE已经将这些操作集成为一个积木，直接使用积木就可以了。

# 流程解析

控制器开机后，配置串口速度为115200。
配置超声波模块连接的端口为输出模式并输出高电平，指示超声波模块开始测量。
通过delayMicroseconds(10)指令来暂停10微秒（1毫秒的千分之一），防止超声波模块没注意到高电平信号。
将端口配置为输入模式。输出低电平。
使用pulseIn(2, HIGH)指令来测量高电平的持续时间，先等待端口2变为高电平，开始计时。再等待端口2变为低电平的时候，结束计时，得到高电平的持续时间。这些操作是指令自动完成的。我们的程序将暂停在这条指令，直到它返回结果。
通过高电平持续时间，计算出距离。并用串口打印出来。
等待一段时间后，重复步骤2到步骤6。

# 参考程序

oseppBlock IDE 程序

Arduino IDE 程序

void setup() {
    Serial.begin(115200);  //配置串口速度为115200
}

void loop() {
    pinMode(2, OUTPUT);     //配置端口为输出模式
    digitalWrite(2, HIGH);  //端口输出高电平
    delayMicroseconds(10);  //等待10微秒
    digitalWrite(2, LOW);   //配置端口为输入模式
    pinMode(2, INPUT);      //端口输出低电平,等待超声波模块将它变成高电平
    //开始测量端口高电平持续时间,计算并通过串口打印距离
    Serial.println(pulseIn(2, HIGH) / 5.8);
    delay(500);  //暂停半秒钟
}

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# 运行结果

注意：让机器人悬空，马达有可能会意外转动（上传成功前，控制器会运行之前上传的程序）
接通电源，上传程序后，打开串口监视器。注意也要把串口监视器的速度设置成115200，显示超声波传感器探测到的距离。用东西阻挡超声波传感器看看它有没有测量到。

# 课程解读

超声波发出的声音是40000hz，我们能听到这个声音吗？不确定的话在前面的章节里找一找答案。
超声波测量一定要有间隔时间，通过试验，间隔时间至少要25毫秒。
超声波测距是有盲区的，如果障碍物太过靠近，声波是没办法反弹到接收器上的。试试吧。

# 拓展知识

由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人研制上也得到了广泛的应用。
声音的速度大约是340米/秒 ,我们测量到的时间是t微秒,声音走过的距离
$D=340/秒 \times \frac{t}{1000000}秒=t \times \frac{340}{1000000}米$ ,
因为t是来回的时间,所以距离应该减半,同时把单位换算成毫米
$d=t \times \frac{340\times1000}{1000000} \times \frac{1}{2}=t \times 0.17=\frac{t}{\frac{1}{0.17}}\approx\frac{t}{5.8}$ 毫米。
将测量到的时间乘以0.17，或者除以5.8就是障碍物距离，单位为毫米。
端口在芯片的内部连接着3个开关，一个接到电源负极（GND），一个接到电源正极（5V），第3个开关在电源正极和开关之间放置了一个电阻器。在输入模式中输出低电平时，所有的开关都断开，叫做浮空模式。输出高电平时，带电阻的开关接通，电源正极通过电阻给端口供电。在输出模式中，根据指令来打开接电源正极/负极的其中一个开关。端口还任何时候都连接着一个读取电路，使用digitalRead(pin)指令，在任何时候，任何模式下（并不是只有输入模式才能输入），都可以得到端口的当前电平。
注意，开关承受电流的能力是有限的。如果两个端口用线连起来，都配置为输出模式，一个输出高电平，一个输出低电平。开关将有可能损坏（控制器也就损坏了）。所以测量端口外部的电路电平时，要切换到输入模式。

# oseppBlock操作视频

# ArduinoIDE操作视频

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