HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm，模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。像智能小车的测距以及转向，或是一些项目中，常常会用到。智能小车测距可以及时发现前方的障碍物，使智能小车可以及时转向，避开障碍物。

超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。首先，超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为C=340m/s，根据计时器记录的时间T秒，就可以计算出发射点距障碍物的距离L，即：$L= C×\frac{T}{2}$ 。这就是所谓的时间差测距法。

人们可以听到的声音的频率为20Hz~2KHz，也就是可听声波。超出此频率范围的声音，20Hz以下的声音称为低频声波，20KHz以上的声音称为超声波，一般说话的频率范围是10Hz-8KHz。超声波方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，超声波因其频率下限大约等于人的听觉上限而得名。

部署

使用Uno控制超声波传感器测量前方障碍物的距离,并显示到LCD显示屏上。为此，你需要同时连接LCD和超声波传感器到osepp UNO上：

1. 超声波模块VCC接OSEPP UNO的5V。
2. 超声波模块GND接OSEPP UNO的GND。
3. 超声波模块ECHO接到OSEPP UNO的9号引脚。
4. 超声波模块TRIG接到OSEPP UNO的8号引脚。
5. LCD的接口RS-D7分别连接到OSEPP UNO的2~7号引脚。

连线图

程序搭建

• oseppBlock 积木知识

超声波模块积木。
Trig（控制端），控制发出的超声波信号。
Echo（接收端）接收反射回来的超声波信号。

超声波模块返回值，单位是毫米。

• oseppBlock代码
  

• Arduino代码

  #include <oseppRobot.h>
  #include <LiquidCrystal.h>
  
  OseppUltrasonic ultrasonic1(8, 9); //定义超声波引脚
  LiquidCrystal lcd1(2, 3, 4, 5, 6, 7); //定义LCD引脚
  
  void setup()
  {
      lcd1.begin(16, 2); //LCD初始化
  }
  
  void loop()
  {
      lcd1.clear();                   //清屏
      lcd1.setCursor(0, 0);           //显示光标定位
      lcd1.print(ultrasonic1.ping()); //显示距离
      lcd1.print("mm");               //单位
      delay(1000);                    //延时
  }
  

运行结果

代码上传成功后，如果超声波模块前面有物体，并且距离在2-4000mm之间。LCD就会显示这个物体与超声波模块之间的距离。你可以改变物体与超声波模块的距离查看LCD 显示是否产生变化。

解析

1. 采用IO口TRIG触发测距，给至少10us的高电平信号。

2. 模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回。

3. 有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。

   $测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2$

操作视频