GPIO - 通過超聲波模組測量距離
材料準備
- AmebaD [ AMB23 / AMB21 / AMB22 / BW16 / AW-CU488 Thing Plus / AMB25 ] x 1
- HC-SR04 Ultrasonic x 1
- 降壓電阻 或 Level converter
範例說明
介紹
HC-SR04是一款超音波測距的模組，由於形狀像兩隻眼睛，所以常被裝在自走車或機械昆蟲上，兼俱美觀與實用的角色。它的運作方式，首先我們先在TRIG這根GPIO對它toggle high (即pull high再pull low) 。接著HC-SR04會發出8個40k Hz的音波訊號出去，並且將ECHO這根GPIO的訊號pull high。等到音波訊號回來，再將ECHO的GPIO pull low。
假設音速是340 m/s，那麼音波在空氣中行走1公分所需的時間是340 * 100 * 10^-6 = 29 us。 HC-SR04的音波從發射出到折回是兩段距離，所以HC-SR04與目標物的距離是 (time / 29) / 2 = time / 58。 HC-SR04的工作電壓是5V，為了避免ECHO這根GPIO在pull high的5V電壓會損壞Ameba的GPIO，所以我們需要做降壓的動作，底下是使用電阻降壓的方式：
流程
其中電阻只要取適當大小，比例為1:2，任何電阻值都可以，但不推薦太高的值。HC-SR04的TRIG這根GPIO可以辨別3.3V的電壓，所以不需要特地做電壓轉換。
如果不想使用電阻，也可以使用Level converter。以TXB0108 8 channel level converter為例：
程式的部份，打開“File” -> “Examples” -> “AmebaGPIO” -> “HCSR04_Ultrasonic”
編譯並上傳到Ameba，完成之後按下Reset按鈕。打開Serial Monitor，可以看到每兩秒量出一筆數據。
因為HC-SR04使用超音波反射的方式，所以如果遇到表面粗糙或柔軟，音波可能會散射或被吸引，因而影響實驗數據，所以可以先找表面平整的物體做測試。
程式碼說明
每次測量時，將TRIG pin pull high 10us之後再pull low告訴HC-SR04準備測量:
digitalWrite(trigger_pin, HIGH); delayMicroseconds(10); digitalWrite(trigger_pin, LOW);
之後使用pulseIn測量ECHO pin pull high的時間
duration = pulseIn (echo_pin, HIGH);
再根據公式算出距離並印在Serial Monitor上
distance = duration / 58;
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