多途徑實(shí)現(xiàn)Arduino“超聲波測距警示燈”

牟曉東

汽車的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)能夠根據(jù)車尾與障礙物的間距進(jìn)行聲音報(bào)警，間距值越小，蜂鳴器的“滴滴”嘯叫頻率越高。類似的，我們可以借助于Arduino開發(fā)板來制作一個(gè)小型“超聲波警示燈”系統(tǒng)，利用超聲波傳感器來檢測和顯示與障礙物的間距，并且能夠根據(jù)不同的間距值來控制不同顏色的LED發(fā)光：距離遠(yuǎn)，非常安全，亮綠燈;距離減小，處于警示區(qū)間范圍，亮黃燈;距離接近于警示臨界點(diǎn)，比較危險(xiǎn)，亮紅燈。

1.實(shí)驗(yàn)器材與電路連接

實(shí)驗(yàn)器材：Arduino UNO主板一個(gè)，HC-SR04超聲波傳感器一個(gè)，綠色、黃色和紅色LED燈各一支，面包板一塊，各種顏色的杜邦線若干。

首先，將Arduino的5V電源正極和GND通過杜邦線連接至面包板;HC-SR04超聲波傳感器有四個(gè)引腳，其中的VCC和GND分別插接至面包板的正極和負(fù)極，Trig信號(hào)發(fā)射引腳和Echo信號(hào)接收引腳分別插接至Arduino的2號(hào)和3號(hào)數(shù)字引腳;綠色、黃色和紅色LED的長腿（正極）通過面包板分別連接至Arduino的4號(hào)、7號(hào)和8號(hào)數(shù)字引腳，短腿（負(fù)極）與GND連接;最后，通過數(shù)據(jù)線將Arduino與計(jì)算機(jī)USB接口連接（如圖1）。

2.Arduino IDE代碼編程實(shí)現(xiàn)“超聲波測距警示燈”

在Arduino IDE中首先進(jìn)行變量的定義，與超聲波傳感器相關(guān)的語句包括“int TrigPin = 2;”“int EchoPin = 3;”和“float distance;”，前兩個(gè)分別聲明它的信號(hào)發(fā)射與接收引腳為2號(hào)和3號(hào)數(shù)字引腳，定義的浮點(diǎn)型變量distancd是用來存儲(chǔ)超聲波傳感器所測量的間距值;接著再定義三個(gè)整形變量：“int GreenLED = 4;”“int YellowLED = 7;”和“int RedLED =8;”，分別對應(yīng)綠色、黃色和紅色LED的三個(gè)數(shù)字引腳（4號(hào)、7號(hào)和8號(hào)）。

在setup（）函數(shù)中，先通過語句“Serial.begin（9600）;”來設(shè)置串口監(jiān)視器的波特率，目的是實(shí)時(shí)顯示出超聲波傳感器所監(jiān)測的間距數(shù)據(jù);然后是五個(gè)pinMode（）引腳模式設(shè)置語句，除超聲波傳感器的EchoPin設(shè)置為INPUT輸入模式外，將它的TrigPin和三個(gè)LED燈（GreenLED、YellowLED、RedLED）均設(shè)置為OUTPUT輸出模式（如圖2）。

在loop（）函數(shù)中，首先要控制超聲波傳感器的發(fā)射端進(jìn)行信號(hào)的觸發(fā)，即使用“低-高-低”的短時(shí)間脈沖：語句“digitalWrite（TrigPin， LOW）;”和“delayMicroseconds（20）;”的作用是控制發(fā)射端保持20微秒的低電平;然后通過語句“digitalWrite（TrigPin，HIGH）;”和“delayMicroseconds（20）;”，控制發(fā)射端再保持20微秒的高電平（即觸發(fā)一個(gè)20微秒的高脈沖）;最后的語句“digitalWrite（TrigPin， LOW）;”是控制發(fā)射端再次處于低電平狀態(tài)。

接著，為存儲(chǔ)間距值的變量distance進(jìn)行賦值：“distance=pulseIn（EchoPin，HIGH） * 340/2/

10000;”，計(jì)算方法是借助pulseIn（）來實(shí)現(xiàn)——此時(shí)要特別注意它的單位是“微秒”（空氣中的聲速值按340米/秒計(jì)），有“米與厘米”和“秒與微秒”間的單位換算（相當(dāng)于“除以10000”）;而且超聲波傳感器所監(jiān)測的間距值是“超聲波從發(fā)射端發(fā)出、向前運(yùn)動(dòng)并碰到障礙物后、再返回至接收端”的往返值（要“除以2”），因此在表達(dá)式中要對“pulseIn（EchoPin， HIGH）”的值再進(jìn)行“*340/2/10000”的計(jì)算。然后，在串口監(jiān)視器中輸出一行提示信息，語句為“Serial.print（"與障礙物間的距離為："）; ”;接著再通過“Serial.print（distance）; ”和“Serial.print（“cm”）; ”兩行語句，將distance變量和單位（“厘米”）在同一行顯示輸出;而后面的語句“Serial.println（）; ”，作用是輸出一個(gè)“換行”（相當(dāng)于“回車”操作）。

接下來要構(gòu)建一個(gè)“if…else if…else…”三分支選擇結(jié)構(gòu)，對變量distance的值進(jìn)行區(qū)間范圍判斷：如果距離大于30厘米（“distance >= 30.00”），執(zhí)行語句“digitalWrite（GreenLED，HIGH）;”，控制綠色LED燈發(fā)光;如果距離在15厘米和30厘米之間（“distance < 30.00 and distance >= 15.00”），則執(zhí)行語句“digitalWrite（YellowLED，HIGH）;”，控制黃色LED燈發(fā)光;否則的話——相當(dāng)于距離小于15厘米（“distance < 15.00”），則執(zhí)行語句“digitalWrite（RedLED，HIGH）;”，控制紅色LED燈發(fā)光。

最后，添加一個(gè)“delay（500）; ”語句，作用是控制每次循環(huán)均延遲500毫秒;而三個(gè)digitalWrite（）語句則是向三個(gè)LED連接引腳寫入低電平，作用是關(guān)閉所有的LED燈，從而為下一次循環(huán)的正確響應(yīng)做好初始化準(zhǔn)備（如圖3）。