Raspberry Pi Pico筆記(3)：超音波感測器HC-SR04測量距離

繼按鍵控制 LED 亮滅後，我們繼續來實作超音波感測器測量距離，這項功能常被用來計算自身與前方物體之間的距離，例如機器人或行進車輛的避障功能，以確保機器人或車輛不會碰撞前方物品。

[材料]

• Raspberry Pi Pico x1
• 超音波感測器 HCSR04 x1
• 排線 x4

[接線圖]

HC-SR04 觸發引腳(Trig)用於發送電流脈衝，因此 Pico 引腳設定為輸出。回波(Echo)引腳接收反射脈衝，因此 Pico 引腳設定為輸入。

Pi Pico接腳	HC-SR04
Pin 36(+3.3V)	VCC
Pin 38(GND)	GND
Pin 19(GPIO14)	Trig
Pin 20(GPIO15)	Echo

[程式]

程式撰寫開始前，有個運用超音波時要瞭解的定理，就是音速在空氣中的傳播速度，運用超音波在空氣中行進的速度，花了多少時間來計算與物體間的距離，因為在攝氏零度之海平面音速約為331.5公尺/秒，每升高 1 攝氏度，音速就增加 0.607 公尺/秒，可以列出一個公式：
       - 攝氏20度時的音速約為： 331.5 + 0.607*20 = 343.64 公尺/秒
       - 音速公尺/秒 換算成 公分/微秒：343.64 * 100 / 1000000 = 0.034364 公分/微秒
       - 超音波發射的距離為來回，因此單程距離 = 時間差的距離 / 2

瞭解上述的原理後，再看以下的程式應該會比較容易理解。

本程式用到的函式，主要是 utime ，說明如下：

• utime.sleep_ms(n)：延遲 n 毫秒，應為正數或 0。
• utime.sleep_us(n)：延遲 n 微秒，應為正數或 0。
• utime.ticks_us()：使其包含以微秒為單位的時間戳。

from machine import Pin
import utime
trigger = Pin(14, Pin.OUT)
echo = Pin(15, Pin.IN)     
def ultra():         #建立一個函式
   utime.sleep_us(2)  #暫停兩毫秒，確保上一個設定低電位已經完成
   trigger.high()
   utime.sleep_us(5)  #拉高電位後，等待5毫秒後，立即設定為低電位
   trigger.low()    
   while echo.value() == 0:         #建立一個while迴圈檢查回波引腳是否值為0，紀錄當時時間
       signaloff = utime.ticks_us()   
   while echo.value() == 1:         #建立一個while迴圈檢查回波引腳是否值為1，紀錄當時時間
       signalon = utime.ticks_us()  
   timepassed = signalon - signaloff    #計算發送與接收時間差
   distance = (timepassed * 0.0343) / 2  #聲波行進時間 x 聲速(343.2 m/s，即每微秒0.0343公分)，來回距離再除以2  
   print("The distance is ： ",distance,"cm")
while True:
   ultra()
   utime.sleep(1)  #等待1秒

[結果]

[參考資料]

• How to Use an Ultrasonic Sensor with Raspberry Pi Pico