【树莓派】raspberry pi控制超声波测距

2023-08-20 20:15| 来源: 网络整理| 查看: 265

目录一、超声波1、模块介绍2、工作原理二、gettimeofday函数三、树莓派控制超声波测距

一、超声波 1、模块介绍

简介：超声波传感器模块上面通常有两个超声波元器件，一个用于发射，一个用于接收。在这里插入图片描述硬件: 电路板上有4个引脚： VCC（正级） Trig（触发） Echo（回应） GND（接地-负极）

主要参数：

工作电压与电流：5V、15mA感测距离：2~400cm感测角度：不大于15°被测物体的面积：不要小于50cm²，且尽量平整具备温度补偿电路

在超声波模块的触发脚位输入10微秒以上的高电位，即可发射超声波，发射超声波之后，与接收到传回的超声波之前，“响应”脚位呈现高电位。因此，程序可以从“响应”脚位的高位脉冲持续时间，换算出被测物的距离。

2、工作原理

在这里插入图片描述触发信号（Trig）：我们从图中可以看出这个引脚有一个持续10微秒的高电平，从而激发T发波模块内部发出的信号：这个就是Trig所发出的波的具体形状输出回响信号（Echo）：在Trig引脚发波的过程中，Echo一直维持高电平状态，从而得出波在空气中跑的时间

白话来说： T（发波），R（接受）先给 Trig 引脚发送一个 10us（微秒）的 TTL（高电平） T就可以发波了，发出的是循环 8 个 40KHz 的脉冲波发出去后，Echo 引脚就会一直维持高电平，也就是说波在空中传播的过程是一直维持高电平那么就可以根据Echo 引脚的高电平维持时间，超声波在空气中的物理性质的传输速度，就可以算出障碍物跟发波点的距离即超声波能在空气中1秒能跑多远，那么就可以通过Echo 引脚的高电平维持时间，换算距离了

二、gettimeofday函数

作用：把得到从1970年1月1日0时0分0秒到现在的秒数返回到第一个参数指向的结构体中，第二个参数是关于时区，如果不用，填入NULL，简单的说就是获取时间。

函数原型：

#include int gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz); int settimeofday(const struct timeval *tv, const struct timezone *tz);

参数介绍：函数的参数为两个结构体指针 tv：是保存获取时间结果的结构体 tz：用于保存时区结果

timeval结构体： struct timeval { time_t tv_sec; /* seconds */ suseconds_t tv_usec; /* microseconds */ }; timezone结构体： struct timezone { int tz_minuteswest; /* minutes west of Greenwich */ int tz_dsttime; /* type of DST correction */ };

如果不用timezone结构体，若不使用，tz则传入NULL即可。

返回值：若成功，返回0 若出错，返回-1，错误代码存于errno

三、树莓派控制超声波测距

代码：

#include #include #include #define Trig 4 #define Echo 5 void ultraInit(void) { pinMode(Echo, INPUT); //设置端口为输入 pinMode(Trig, OUTPUT); //设置端口为输出 } float disMeasure(void) * { struct timeval tv2; long start, stop; float dis; digitalWrite(Trig, LOW); delayMicroseconds(2); digitalWrite(Trig, HIGH); delayMicroseconds(10); //发出超声波脉冲 digitalWrite(Trig, LOW); while(!(digitalRead(Echo) == 1)); gettimeofday(&tv1, NULL); //获取当前时间开始接收到返回信号的时候 while(!(digitalRead(Echo) == 0)); gettimeofday(&tv2, NULL); //获取当前时间最后接收到返回信号的时候 /* * int gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz); * */ start = tv1.tv_sec * 1000000 + tv1.tv_usec; //微秒级的时间 stop = tv2.tv_sec * 1000000 + tv2.tv_usec; dis = (float)(stop - start) / 1000000 * 34000 / 2; //计算时间差求出距离 return dis; } int main(void) { float dis; if(wiringPiSetup() == -1){ //如果初始化失败，就输出错误信息程序初始化时务必进行 printf("setup wiringPi failed !"); return -1; } ultraInit(); while(1){ dis = disMeasure(); printf("distance = %0.2f cm\n",dis); delay(1000); } return 0; }

分析： 1、delayMicroseconds (unsigned int howLong) 将线程暂停指定的微秒数（1000微妙=1毫秒=0.001s），Linux是多线程的，所以实际暂停的秒数可能比设置的更多一些。

2、根据返回的秒数计算出微秒数 startTime = tv1.tv_sec * 1000000 + tv1.tv_usec; stopTime = tv2.tv_sec * 1000000 + tv2.tv_usec;

前面说到timeval结构体中含有两个成员，tv_sec表示的是秒数，1秒=1 000 000微妙，第二个参数tv_usec表示的就是微秒数，所以通过这两个式子我们就可以求出开始和结束时的微秒数，然后做差即可得到超声波传递所使用的时间。

tv1.tv_sec单位是秒，乘1 000 000表示微秒，再加上后面的微秒数就是超声波的时间。

3、根据时间计算距离 (stopTime - startTime) / 1000000 * 34000 / 2; 因为stopTime和startTime原本表示的微妙，所以做差之后除1 000 000是将单位换算为秒。因为声音是在空气中传播，所以取声音的速度为340m/s=340 00cm/s，因为超声波测距的误差较小的范围为200-300cm，所以这里用cm表示。

结果：在这里插入图片描述参考： 1、超声波模块笔记 2、gettimeofday函数及超声波测距

最后谢谢阅读，笔者乃小白，如有错误之处还请指正。

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