描述

當您嘗試讓超聲波傳感器工作時，您可能已經發現 HCSR04 的精度非常低。這個項目是關于將其測量升級到穩定和準確的程度。如果您現在認為這將是一個非常艱巨的項目，并且使用了許多復雜的方法，那么我現在想說：它不會。本教程將展示一些每個人都應該使用的簡單技巧，但不幸的是，沒有人使用它們。是時候改變它了！

入門

如果你知道 hcsr04 是如何工作的并且使用了一些基本的代碼，你可以跳過這部分。

超聲波傳感器的工作原理。

超聲波傳感器使用聲納來確定與物體的距離。這是發生的事情：

• 發射器（觸發引腳）發送信號：高頻聲音。

• 當信號找到一個物體時，它會被反射并……

• …發射器（回聲針）接收它。

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信號傳輸和接收之間的時間使我們能夠計算到物體的距離。這是可能的，因為我們知道聲音在空氣中的速度。

HC-SR04 超聲波傳感器引腳

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引腳

• VCC：+5VDC

• 觸發：觸發（輸入）

• 回聲：回聲（輸出）

• 接地：接地

標準代碼：

代碼的主要部分是一個函數，它測量觸發引腳上的信號到 Echo 引腳上的信號變低的那一刻的時間。

digitalWrite(trigPin, LOW);
delayMicroseconds(5);
digitalWrite(trigPin, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(trigPin, LOW);
// Read the signal from the sensor: a HIGH pulse whose
// duration is the time (in microseconds) from the sending
// of the ping to the reception of its echo off of an object.
pinMode(echoPin, INPUT);
duration = pulseIn(echoPin, HIGH);
//With measured time we calculate the distance in cm:
cm = (duration/2) * 0.034;

一切似乎都很好！但它不起作用。

標準代碼有什么問題？

在收集了一些數據后，我們用它繪制了一個圖表。它顯示了聲音從傳感器傳播到 30 厘米距離和向后的障礙物所花費的時間。

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如您所見，這絕對是一團糟。您可能會說這只是傳感器的不準確，但我找到了解決方案。問題不在于傳感器，而在于 Arduino。當 Arduino 工作時，它會執行您編寫的代碼，但不僅如此。有時處理器會收到一個信號來凍結你的代碼并制作其他東西，然后，他會恢復他凍結的東西。這種情況稱為處理中斷，在 Arduino 上很常見。問題是中斷凍結了我們的計時器（PulseIn 函數），因此我們的讀數被弄亂了。解決這個問題很容易。標準代碼中只有兩行：

noInterrupts();
duration = pulseIn(echoPin, HIGH);
interrupts();

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在沒有中斷的情況下，我們的讀數看起來要好得多，但我們仍然看到一些讀數比正常值高 25μs，很少甚至比正常讀數高 50μs。那么為什么會這樣呢？也許這就是傳感器的精度？仍然沒有。

25μs 峰值。

傳感器中的聲音頻率為 40 kHz，返回時的聲波被傳感器記錄下來。聲波發射時間為 200μs，這意味著它包含 8 個波峰。有時第一個返回的峰值不足以觸發傳感器。

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返回聲波，第一個峰值未記錄。用示波器制作的圖表。

如何解決這個問題？

它不像中斷那么容易，而且我沒有確切的代碼來修復它。只是關于該校正應該如何工作的想法。第一個想法是對大量測量值取平均值，但這意味著我們將始終得到比實際結果更高的結果。第二個選項是將結果分成兩組并計算較低的平均值。因此，首先計算所有測量值的平均值，然后取其下結果的平均值。

HCSR04的真實精度。

錯誤測量的波。

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錯誤測量的波。

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正確測量的波。

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如果是這種情況，HCSR04 會等待波返回并每 3μs 檢查一次。問題是這意味著我們測量的時間比實際時間高出多達 3μs。如果不更換傳感器，您將不會對此做任何事情。但是，3μs 仍然意味著 1.02mm 的精度。