HC-SR04超声波传感器使用

提示：文章写完后，目录可以自动生成，如何生成可参考右边的帮助文档

前言

最近在做一个项目，需要用到超声波传感器HC-SR04，经过一些摸索终于在OrangePi上成功用起来了。

一、关于HC-SR04

这款超声波传感器可提供 2cm-400cm 的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到的非接触式距离感测功能，模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。
HC-SR04共有4个针脚分别是VCC（接5V/3.3V），GND（接地），Trig（输出/SCL/TX），Echo（输入/SDA/RX）；需要注意的是最好把机器断电再接线，然后多检查几次防止接错短路烧毁设备。
这里我接的是5V，GND，SDA，SCL分别对应OrangePi的2,6,3,5，共4个GPIO插针。

二、使用步骤

不同的设备，像树莓派和OrangePi可能有着不同的GPIO排列，这篇文章是适用于OrangePi的，也是适用于树莓派和其它拥有GPIO接口的设备。代码采用Python3编写，通俗易懂，如果用在单片机上可能要使用C语言编写。

1.确保驱动已经安装

这篇文章不过多地描述驱动，如果驱动没有安装请按照官方提供的方法安装下驱动，如果已经安装请忽略。

2.安装GPIO工具

打开一个shell输入以下命令，如果正常显式，就说明工具已经安装。

#读取所有gpio插口状态
gpio readall

 +------+-----+----------+------+---+OrangePi 4+---+---+--+----------+-----+------+
 | GPIO | wPi |   Name   | Mode | V | Physical | V | Mode | Name     | wPi | GPIO |
 +------+-----+----------+------+---+----++----+---+------+----------+-----+------+
 |      |     |     3.3V |      |   |  1 || 2  |   |      | 5V       |     |      |
 |   64 |   0 | I2C2_SDA |   IN | 0 |  3 || 4  |   |      | 5V       |     |      |
 |   65 |   1 | I2C2_SCL |   IN | 0 |  5 || 6  |   |      | GND      |     |      |
 |  150 |   2 |     PWM1 |   IN | 0 |  7 || 8  | 1 | IN   | I2C3_SCL | 3   | 145  |
 |      |     |      GND |      |   |  9 || 10 | 1 | ALT2 | I2C3_SDA | 4   | 144  |
 |   33 |   5 | GPIO1_A1 |   IN | 0 | 11 || 12 | 1 | IN   | GPIO1_C2 | 6   | 50   |
 |   35 |   7 | GPIO1_A3 |   IN | 0 | 13 || 14 |   |      | GND      |     |      |
 |   92 |   8 | GPIO2_D4 |   IN | 0 | 15 || 16 | 0 | IN   | GPIO1_C6 | 9   | 54   |
 |      |     |     3.3V |      |   | 17 || 18 | 0 | IN   | GPIO1_C7 | 10  | 55   |
 |   40 |  11 | SPI1_TXD | ALT2 | 1 | 19 || 20 |   |      | GND      |     |      |
 |   39 |  12 | SPI1_RXD | ALT2 | 1 | 21 || 22 | 0 | IN   | GPIO1_D0 | 13  | 56   |
 |   41 |  14 | SPI1_CLK | ALT3 | 1 | 23 || 24 | 1 | ALT3 | SPI1_CS  | 15  | 42   |
 |      |     |      GND |      |   | 25 || 26 | 0 | IN   | GPIO4_C5 | 16  | 149  |
 |   64 |  17 | I2C2_SDA |   IN | 0 | 27 || 28 | 0 | IN   | I2C2_SCL | 18  | 65   |
 |      |     |  I2S0_RX |      |   | 29 || 30 |   |      | GND      |     |      |
 |      |     |  I2S0_TX |      |   | 31 || 32 |   |      | I2S_CLK  |     |      |
 |      |     | I2S0_SCK |      |   | 33 || 34 |   |      | GND      |     |      |
 |      |     | I2S0_SI0 |      |   | 35 || 36 |   |      | I2S0_SO0 |     |      |
 |      |     | I2S0_SI1 |      |   | 37 || 38 |   |      | I2S0_SI2 |     |      |
 |      |     |      GND |      |   | 39 || 40 |   |      | I2S0_SI3 |     |      |
 +------+-----+----------+------+---+----++----+---+------+----------+-----+------+
 | GPIO | wPi |   Name   | Mode | V | Physical | V | Mode | Name     | wPi | GPIO |
 +------+-----+----------+------+---+OrangePi 4+---+---+--+----------+-----+------+

如果命令正常出结果说明GPIO工具已经安装，可以进行下一步了，如果没有需要先安装GPIO工具。

sudo apt update
sudo apt install git
git clone https://github.com/orangepi-xunlong/wiringOP
cd wiringOP
./build clean
./build

编译完成输入gpio readall来测试下是否成功了，如果成功了就进入下一步，没有成功就检查错误原因。

3.安装GPIO的Python支持

这篇文章演示代码是在Python3上实现的，所以需要GPIO的Python支持。执行以下命令就可以在OrangePi设备上安装GPIO包了

sudo pip3 install --upgrade OPi.GPIO

安装完成后就可以编写Python代码测试了。

4.Python3代码

import time

import OPi.GPIO as GPIO
import orangepi.pi4

BOARD = orangepi.pi4.BOARD
GPIO.setmode(BOARD)

# 需要操作的针脚
trig = 5  # out 对应针脚5 SCL
echo = 3  # in 对应针脚3 SDA

# 设置输入输出PIN，trig输出，echo输入
GPIO.setup(trig, GPIO.OUT)
GPIO.setup(echo, GPIO.IN)


def start_test():
    # 发送trig信号，持续20us的方波脉冲，说明书说至少10us的脉冲时间，实际上机测试会出bug，改为20us就ok
    GPIO.output(trig, True)
    time.sleep(0.00002)
    GPIO.output(trig, False)

    # 等待低电平结束，然后记录时间
    while GPIO.input(echo) == 0:
        pass
    start_stamp = time.time()

    # 等待高电平结束，然后记录时间
    while GPIO.input(echo) == 1:
        pass
    end_stamp = time.time()

    pulse_duration = end_stamp - start_stamp
    # V=331+0.607T T是一个标准大气压下温度（这里采用室温25℃，其它温度有一定差别，可根据实际需求定制）
    #实际上音速的计算远比上面的方法复杂，特别是温度和大气压都是不小的影响因素，这里我们不需要那么高精度
    #在一个标准大气压下，25℃室温足够了，也可以依据自身所处环境量身定制。
    distance = pulse_duration * 346.175 * 100 / 2
    distance = round(distance, 2)
    # print("Distance:{}cm".format(distance))
    return distance


try:
    while True:
        distance = start_test()
        print("Distance:{}cm".format(distance))
        time.sleep(0.1)
except KeyboardInterrupt:
    GPIO.cleanup()

测试结果打印：
Distance:268.95cm
Distance:268.94cm
Distance:265.98cm
Distance:270.97cm
Distance:271.63cm
Distance:268.18cm
Distance:272.24cm
Distance:268.65cm
Distance:273.08cm
Distance:266.97cm
Distance:266.9cm
以上是对着天花板的时候测出的实际距离。我用手遮挡的话结果如下：
Distance:16.63cm
Distance:11.34cm
Distance:11.2cm
Distance:5.15cm
Distance:11.46cm
Distance:6.37cm
Distance:5.03cm
Distance:6.3cm
Distance:10.78cm
Distance:5.41cm
Distance:6.17cm
Distance:5.45cm
Distance:5.74cm
Distance:10.87cm
Distance:10.78cm
Distance:11.69cm
Distance:6.13cm
Distance:5.95cm
Distance:6.13cm
Distance:6.07cm
Distance:6.26cm
Distance:5.67cm
Distance:5.08cm
Distance:10.9cm
Distance:11.37cm
Distance:6.3cm
Distance:5.03cm
Distance:10.83cm
Distance:37.39cm
整体还是蛮准的，至少用在扫地机器人上足够了。

总结

1、这里树莓派的GPIO插针和OrangePi的GPIO插针排列差不多，他俩的配置是差不多的。
2、理论上不一定非得SDA和SCL，只要支持GPIO输入输出的插针都可以。