Arduino是目前較為流行的電子互動(dòng)平臺(tái)，基于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)，具有使用簡(jiǎn)單，功能多樣，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和互動(dòng)產(chǎn)品開發(fā)方面。我們采用Arduino作為主控制器，結(jié)合超聲測(cè)距模塊，1602液晶模塊，進(jìn)行了超聲波測(cè)距系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。

一、“電子積木”Arduino

近幾年，歐美大學(xué)皆相當(dāng)流行應(yīng)用Arduino作為基礎(chǔ)的技術(shù)，在國內(nèi)使用Arduino的人也越來越多。

Arduino為什么會(huì)這樣流行？首先因?yàn)樗且粋€(gè)基于開放源代碼的硬件項(xiàng)目平臺(tái)：

1.硬件平臺(tái)是開放的，任何人都可以在Arduino官方網(wǎng)站上下載最新的PCB設(shè)計(jì)進(jìn)行復(fù)制，硬件平臺(tái)包括基于AVR ATmega128微控制器的主控制電路板，以及大量的各式輸入/輸出電子模塊。輸入/輸出模塊包括開關(guān)輸入模塊、溫度壓力傳感器輸入模塊、超聲測(cè)距傳感器輸入模塊、各類顯示輸出模塊、電機(jī)控制模塊等，甚至還有以太網(wǎng)接入模塊。這些模塊與主控制電路板的連接，不需焊接，只要像積木一樣拼在一起即可。因此，Arduino也被稱為“電子積木”。

2.在軟件方面，Arduino有一個(gè)屬于自己的基于Eclipse的IDE軟件開發(fā)環(huán)境，開發(fā)語言采用類C++語言的高級(jí)語言，容易被使用者掌握。有大量的庫文件可以通過互聯(lián)網(wǎng)下載免費(fèi)獲得，大大簡(jiǎn)化了程序開發(fā)工作。

二、超聲波測(cè)距原理

由于超聲波具有指向性強(qiáng)，在傳輸中能量消耗低，傳播的距離較遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)而被經(jīng)常用于工業(yè)控制、建筑測(cè)量、汽車倒車系統(tǒng)等領(lǐng)域。

超聲波測(cè)距儀是利用超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的超聲波傳播時(shí)間，以及超聲波在相應(yīng)介質(zhì)中的傳播速度就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離S=C*t/2，其中C為超聲波在空氣中的傳播速度，t為聲波往返所用的時(shí)間。

超聲波的傳播主要受空氣密度的影響，空氣的密度越高其速度就越快，而空氣的密度又與溫度有著密切的關(guān)系。空氣中的聲波傳播速度可近似地表示為C=331.4+0.607*T，其中T是空氣介質(zhì)的溫度。超聲波的傳播速度式中：

C=331.4m/S為零度時(shí)的聲波速度；T為實(shí)際溫度（℃）。在測(cè)距精度不是很高的情況下，一般認(rèn)為c為常數(shù)340m/s.

三、超聲波測(cè)距儀的硬件設(shè)計(jì)

超聲波測(cè)距儀的硬件設(shè)計(jì)主要有ArduinoUNO主控制板、超聲測(cè)距模塊LCD1602液晶顯示模塊。

1.超聲波板主要技術(shù)參數(shù)的介紹：

（1）工作電壓：DC5V；

（2）靜態(tài)電流：小于2mA；

（3）電平輸出：高5V；

（4）電平輸出：底0V；

（5）感應(yīng)角度：不大于15度；

（6）感應(yīng)距離：4cm-5米；

（7）高精度：0.3cm.

板上接線如圖1所示（左數(shù)起）：


圖1 超聲測(cè)距模塊

（1）VCC；

（2）trig（控制端）；

（3）echo（接收端）；

（4）out（空腳）；

5）GND.

2.Arduino與超聲測(cè)距的連接方式：

Arduino的數(shù)字6腳與超聲測(cè)距模塊的第2腳連接，Arduino的數(shù)字7腳與超聲測(cè)距模塊的第3腳連接。

3.1602液晶與Arduino板連接圖如圖2所示：


圖2 Arduino板與1602液晶連接圖

4.實(shí)物連接圖如圖3所示：


圖3 超聲測(cè)距系統(tǒng)實(shí)物圖

四、軟件代碼

1.在采用Arduino編程的過程中，主要用pulseIn（）函數(shù)，pulseIn（）函數(shù)用來讀取一個(gè)引腳的脈沖（HIGH或LOW）。例如，如果value是HIGH，pulseIn（）會(huì)等待引腳變?yōu)镠IGH，開始計(jì)時(shí)，再等待引腳變?yōu)長OW并停止計(jì)時(shí)。返回脈沖的長度，單位微秒。如果在指定的時(shí)間內(nèi)無脈沖函數(shù)返回。計(jì)時(shí)范圍從10微秒至3分鐘。

（1秒=1000毫秒=1000000微秒）語法：

pulseIn（pin，value）或pulseIn（pin，value，timeout）

參數(shù)：

pin：你要進(jìn)行脈沖計(jì)時(shí)的引腳號(hào)（int）。

value：要讀取的脈沖類型，HIGH或LOW（int）。

Timeout（可選）：指定脈沖計(jì)數(shù)的等待時(shí)間，單位為微秒，默認(rèn)值是1秒（unsigned long）超聲測(cè)距的主要代碼：




五、總結(jié)

本文以Arduino為工作處理器核心，設(shè)計(jì)了超聲測(cè)距模塊，準(zhǔn)確度達(dá)到測(cè)距模塊精度。由于Arduino是一個(gè)開源的系統(tǒng)，可以通過互聯(lián)網(wǎng)下載免費(fèi)獲得庫文件，從而大大簡(jiǎn)化了程序開發(fā)工作。Arduino是適合電子愛好者進(jìn)行開發(fā)產(chǎn)品的一個(gè)平臺(tái)。