HC-SR04超音波模塊

HC-SR04 超音波感測器原理

HC-SR04 是一種常見的超音波距離測量模組，透過超音波在空氣中傳播來測量距離。其工作原理如下：

1. 發射超音波：當 Trig 引腳（Trigger）接收到高電平訊號（持續 10 微秒以上），模組會發射 40kHz 的超音波。

2. 接收超音波：超音波遇到物體後反射回來，被模組上的接收器接收到。

3. 計算時間：模組會在 Echo 引腳（Echo）輸出高電平，持續時間為超音波從發射到接收所經過的時間。

4. 距離計算：利用聲速公式 距離 = (時間 x 聲速) / 2 來計算物體距離。通常聲速在空氣中約為 343 m/s。

Trig 和 Echo 引腳說明

• Trig（觸發引腳）: 發送超音波脈衝信號的引腳，當收到一個 10 微秒的高電平信號時，模組會發送 8 組 40kHz 的超音波脈衝。

• Echo（回波引腳）: 當超音波被反射回模組後，Echo 引腳會輸出一個高電平信號，該信號持續時間為超音波來回所用的時間。

在樹莓派上使用 HC-SR04 的 Python 測試程式

根據你提供的可用 GPIO 接腳（16, 20, 21），我們可以將:

• Trig 接到 GPIO 20

• Echo 接到 GPIO 21

以下是 Python 測試程式範例：

import RPi.GPIO as GPIO

import time

# 設置 GPIO 模式

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

# 定義 GPIO 接腳

GPIO_TRIGGER = 20

GPIO_ECHO = 21

# 設定 GPIO 的方向 (IN / OUT)

GPIO.setup(GPIO_TRIGGER, GPIO.OUT)

GPIO.setup(GPIO_ECHO, GPIO.IN)

def distance():

    # 設置 Trigger 為低電平，延遲 2 微秒，確保沒有噪聲干擾

    GPIO.output(GPIO_TRIGGER, False)

    time.sleep(0.000002)

    # 發送超音波脈衝 (10 微秒的高電平)

    GPIO.output(GPIO_TRIGGER, True)

    time.sleep(0.00001)

    GPIO.output(GPIO_TRIGGER, False)

    # 記錄 Echo 高電平的開始和結束時間

    start_time = time.time()

    stop_time = time.time()

    # 等待 Echo 變為高電平

    while GPIO.input(GPIO_ECHO) == 0:

        start_time = time.time()

    # 等待 Echo 變為低電平

    while GPIO.input(GPIO_ECHO) == 1:

        stop_time = time.time()

    # 計算時間差

    time_elapsed = stop_time - start_time

    # 計算距離，聲速在空氣中約為 34300 cm/s

    distance = (time_elapsed * 34300) / 2

    return distance

try:

    while True:

        dist = distance()

        print(f"Measured Distance = {dist:.1f} cm")

        time.sleep(1)

except KeyboardInterrupt:

    print("Measurement stopped by User")

    GPIO.cleanup()

程式說明：

1. 初始化 GPIO：將 GPIO_TRIGGER 設為輸出模式，GPIO_ECHO 設為輸入模式。

2. 發送觸發信號：在 Trig 引腳發送 10 微秒的高電平信號以觸發超音波。

3. 接收回波信號：計算 Echo 引腳高電平的時間長度。

4. 計算距離：利用時間長度來計算物體與感測器之間的距離。

5. 無限迴圈測量：每秒測量一次，並打印出測量距離。

6. Ctrl + C 結束：按下 Ctrl + C 結束測量，並清理 GPIO 設置。

這個範例程式應該可以幫助你在樹莓派上使用 HC-SR04 進行距離測量。