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【树莓派】raspberry pi控制超声波测距

时间：2020-02-04 14:48:59

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。

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

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 <sys/time.h>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_ttv_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 <wiringPi.h>#include <stdio.h>#include <sys/time.h>#define Trig 4#define Echo 5void 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：