Arduino超声波传感器（HC-SR04）入门教程

超声波传感器是一种常用的距离检测设备，通过发射超声波并接收回波来计算目标物体的距离。本教程将带你学习如何使用Arduino控制HC-SR04超声波传感器，实现简单的距离测量。

1. 所需材料

• Arduino开发板（如UNO）
• HC-SR04超声波传感器模块
• 面包板与跳线
• LED（可选，用于距离指示）

2. HC-SR04传感器介绍

HC-SR04是一款低成本、高精度的超声波测距模块，测量范围为2cm-400cm，精度可达3mm。

引脚说明：

• VCC：接5V电源
• GND：接地
• Trig：触发引脚（接收Arduino的信号）
• Echo：回响引脚（向Arduino返回信号）

3. 电路连接

Arduino       HC-SR04
+5V   ───────── VCC
GND  ───────── GND
D2   ───────── Trig
D3   ───────── Echo

注意：

• 确保所有连接牢固，避免松动
• 电源需稳定，波动可能导致测量误差

4. 基础代码实现

下面是一个简单的程序，用于读取超声波传感器的距离并通过串口输出：

// 超声波传感器基础代码
const int trigPin = 2;  // 触发引脚
const int echoPin = 3;  // 回响引脚

void setup() {
  Serial.begin(9600);    // 初始化串口通信
  pinMode(trigPin, OUTPUT); // 设置触发引脚为输出模式
  pinMode(echoPin, INPUT);  // 设置回响引脚为输入模式
}

void loop() {
  long duration, distance;
  
  // 发送触发信号（10微秒高电平）
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(trigPin, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  
  // 读取回响信号持续时间（微秒）
  duration = pulseIn(echoPin, HIGH);
  
  // 计算距离（厘米）
  // 声速 = 340m/s = 0.034cm/μs
  // 距离 = 时间 * 声速 / 2（往返）
  distance = duration * 0.034 / 2;
  
  // 输出结果到串口监视器
  Serial.print("Distance: ");
  Serial.print(distance);
  Serial.println(" cm");
  
  delay(500);  // 延时500毫秒，避免数据更新过快
}

5. 代码解释

1. 引脚定义：

   • trigPin：连接传感器的触发引脚（发送信号）
   • echoPin：连接传感器的回响引脚（接收信号）

2. setup() 函数：

   • 初始化串口通信，用于输出测量结果
   • 设置引脚模式

3. loop() 函数：

   • 触发测量：通过发送10微秒的高电平脉冲触发传感器
   • 读取时间：使用pulseIn()函数测量回响信号的持续时间
   • 计算距离：将时间转换为距离（厘米）
   • 输出结果：通过串口监视器显示测量结果

6. 距离指示LED示例

下面的代码增加了LED指示功能，根据距离远近点亮不同颜色的LED：

const int trigPin = 2;
const int echoPin = 3;
const int redLED = 9;    // 近距离红灯
const int yellowLED = 10; // 中距离黄灯
const int greenLED = 11;  // 远距离绿灯

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(trigPin, OUTPUT);
  pinMode(echoPin, INPUT);
  pinMode(redLED, OUTPUT);
  pinMode(yellowLED, OUTPUT);
  pinMode(greenLED, OUTPUT);
}

void loop() {
  long duration, distance;
  
  // 触发测量
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(trigPin, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  
  // 读取回响时间
  duration = pulseIn(echoPin, HIGH);
  
  // 计算距离
  distance = duration * 0.034 / 2;
  
  // 根据距离控制LED
  if (distance < 10) {       // 近距离（<10cm）
    digitalWrite(redLED, HIGH);
    digitalWrite(yellowLED, LOW);
    digitalWrite(greenLED, LOW);
  } else if (distance < 30) { // 中距离（10-30cm）
    digitalWrite(redLED, LOW);
    digitalWrite(yellowLED, HIGH);
    digitalWrite(greenLED, LOW);
  } else {                   // 远距离（>30cm）
    digitalWrite(redLED, LOW);
    digitalWrite(yellowLED, LOW);
    digitalWrite(greenLED, HIGH);
  }
  
  // 输出结果
  Serial.print("Distance: ");
  Serial.print(distance);
  Serial.println(" cm");
  
  delay(200);
}

7. 常见问题及解决方法

1. 测量结果不稳定：

   • 检查电源是否稳定（建议使用外部电源）
   • 避免传感器附近有强电磁干扰
   • 添加软件滤波（如多次测量取平均值）

2. 测量距离不准确：

   • 确认计算公式正确（声速在不同环境下会有差异）
   • 避免测量过近或过远的物体（超出传感器范围）
   • 确保被测物体表面平整且垂直于传感器

3. 传感器无响应：

   • 检查引脚连接是否正确
   • 确认传感器供电正常（5V）
   • 尝试更换Arduino引脚或重启开发板

8. 扩展应用

超声波传感器可用于多种项目，例如：

• 智能垃圾桶（自动开盖）
• 机器人避障系统
• 液位检测装置
• 自动门控制系统

总结

通过本教程，你学会了：

1. HC-SR04超声波传感器的基本工作原理
2. Arduino与传感器的电路连接
3. 使用pulseIn()函数测量时间
4. 距离计算的基本公式
5. 如何添加LED指示功能

这是一个基础的入门教程，你可以根据自己的需求扩展功能，如添加LCD显示、蓝牙数据传输等更复杂的应用。