多途徑實現Arduino“超聲波測距警示燈”

牟曉東

汽車的倒車雷達系統能夠根據車尾與障礙物的間距進行聲音報警，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開發板來制作一個小型“超聲波警示燈”系統，利用超聲波傳感器來檢測和顯示與障礙物的間距，并且能夠根據不同的間距值來控制不同顏色的LED發光：距離遠，非常安全，亮綠燈;距離減小，處于警示區間范圍，亮黃燈;距離接近于警示臨界點，比較危險，亮紅燈。

1.實驗器材與電路連接

實驗器材：Arduino UNO主板一個，HC-SR04超聲波傳感器一個，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引腳，其中的VCC和GND分別插接至面包板的正極和負極，Trig信號發射引腳和Echo信號接收引腳分別插接至Arduino的2號和3號數字引腳;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、7號和8號數字引腳，短腿（負極）與GND連接;最后，通過數據線將Arduino與計算機USB接口連接（如圖1）。

2.Arduino IDE代碼編程實現“超聲波測距警示燈”

在Arduino IDE中首先進行變量的定義，與超聲波傳感器相關的語句包括“int TrigPin = 2;”“int EchoPin = 3;”和“float distance;”，前兩個分別聲明它的信號發射與接收引腳為2號和3號數字引腳，定義的浮點型變量distancd是用來存儲超聲波傳感器所測量的間距值;接著再定義三個整形變量：“int GreenLED = 4;”“int YellowLED = 7;”和“int RedLED =8;”，分別對應綠色、黃色和紅色LED的三個數字引腳（4號、7號和8號）。

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

在loop（）函數中，首先要控制超聲波傳感器的發射端進行信號的觸發，即使用“低-高-低”的短時間脈沖：語句“digitalWrite（TrigPin， LOW）;”和“delayMicroseconds（20）;”的作用是控制發射端保持20微秒的低電平;然后通過語句“digitalWrite（TrigPin，HIGH）;”和“delayMicroseconds（20）;”，控制發射端再保持20微秒的高電平（即觸發一個20微秒的高脈沖）;最后的語句“digitalWrite（TrigPin， LOW）;”是控制發射端再次處于低電平狀態。

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

10000;”，計算方法是借助pulseIn（）來實現——此時要特別注意它的單位是“微秒”（空氣中的聲速值按340米/秒計），有“米與厘米”和“秒與微秒”間的單位換算（相當于“除以10000”）;而且超聲波傳感器所監測的間距值是“超聲波從發射端發出、向前運動并碰到障礙物后、再返回至接收端”的往返值（要“除以2”），因此在表達式中要對“pulseIn（EchoPin， HIGH）”的值再進行“*340/2/10000”的計算。然后，在串口監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“換行”（相當于“回車”操作）。

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

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