超聲波傳感器是一種簡潔的多功能傳感器，可以應(yīng)用到您的Arduino項目中。顧名思義，它利用超聲波來檢測出現(xiàn)的物體以及物體的距離。這種設(shè)備可用于動作識別，或者在檢測范圍內(nèi)出現(xiàn)目標對象時作出響應(yīng)。

當然，您也許會想知道的是Arduino超聲波傳感器究竟是如何工作的？
為了描述它的工作原理，本指南將向您展示如何使用超聲波傳感器來組裝一個簡單的樂器。

HC-SR05, 它是舊版HC-SR04的5引腳升級版本。該設(shè)備具有兩個圓柱形模塊。一個是發(fā)出超聲波信號的發(fā)射器，另一個是接收器，會捕獲到達物體后反彈回來的信號。通過測量信號返回的時間，傳感器可以計算出物體的距離。
雖然其他傳感器（如被動紅外線運動傳感器）也具有類似的功能，但是超聲波傳感器的功用更強，因為它使您的項目不僅可以檢測到面前經(jīng)過的物體，還可以區(qū)分出不同物體的距離遠近。
我們使用這種技術(shù)來創(chuàng)建一個浮動的樂器。該項目不是通過按下鋼琴鍵來彈奏音符，而是讓您把一個物體—比如一根棍子或者您的手指—放在傳感器前面，根據(jù)物體與傳感器之間的距離來播放不同的音符。這并不能打造出鋼琴的效果，但是通過創(chuàng)建該項目，您可以了解能用這款便利的Arduino聲音傳感器來做什么。

所需組件

為了創(chuàng)建該項目，您需要具備以下組件：

Arduino Uno
HC-SR05 超聲波傳感器 （可以使用HC-SR04或其他超聲波傳感器，但需要修改引腳配置）
Arduino IDE

您還需要使用以下硬件，都是比較通用的設(shè)備：
● 揚聲器: 大多數(shù)簡單的揚聲器模塊都可以，本項目使用的是該款簡單的單聲道揚聲器。
● USB 電纜 如果您還沒有設(shè)置Arduino IDE，可以先查閱我們之前發(fā)布的指南。

代碼

首先，我們先來看一下要上傳到Arduino Uno的代碼，了解將要執(zhí)行的操作。
void setup() {
pinMode (6,OUTPUT); //Insert HC-SR-05 with VCC in pin 6
pinMode (5, INPUT); // Assign pin 5 to Echo
pinMode (4, OUTPUT);// Assign pin 4 to Trig
pinMode (2,OUTPUT); // Assign pin 2 to GND.
Serial.begin(9600); // This will allow you to read how far away your sensor is later
}
void loop()
{
long duration, cm; // Initialize variables for duration and cm
digitalWrite(6, HIGH); // Power the sensor
digitalWrite(4, LOW); // Clear pulse before sending a 10 microsecond ping,
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(4, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(4, LOW);
duration = pulseIn(5, HIGH); // Detect pulse length from the Echo pin, measured in microseconds
cm = (duration/2)/29.155; // Divide duration in half (due to round trip), then convert distance to centimeters (1cm per 29.155 microseconds), assign to cm variable
Serial.print(cm); // Print distance in cm to serial monitor
Serial.print(“cm”);
Serial.println();
delay(100); // Delay
int note = 0; // Assign note based on distance, spacing notes per 6cm
if(cm<=48&&cm>42) {
note = 523;
} else if(cm<=42&&cm>36) {
note = 493;
} else if(cm<=36&&cm>30) {
note = 440;
} else if(cm<=30&&cm>24) {
note = 392;
} else if(cm<=24&&cm>18) {
note = 349;
} else if(cm<=18&&cm>12) {
note = 329;
} else if(cm<=12&&cm>6) {
note = 294;
} else if(cm<=6) {
note = 261;
}
if (note == 0) { // If distance isn’t within 48cm, play nothing noTone(9);
} else {
tone(9, note, 200); // Play assigned note for 200 milliseconds
}
delay(10); // Brief pause
}
您可以將上述代碼復(fù)制到您的IDE中，將其上傳到Uno，如果您想運行該代碼，可以繼續(xù)進行下一部分，但是這部分的代碼很重要，有必要對其進行分析和理解。首先：
digitalWrite(6, HIGH); // Power the sensor
digitalWrite(4, LOW); // Clear pulse before sending a 10 microsecond ping,
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(4, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(4, LOW);
duration = pulseIn(5, HIGH); // Detect pulse length from the Echo pin, measured in microseconds
cm = (duration/2)/29.155; // Divide duration in half (due to round trip), then convert distance to centimeters (1cm per 29.155 microseconds), assign to cm variable
這部分的操作是在Trig引腳上發(fā)出40KHz脈沖。這種超聲波信號會在它接觸的所有物體上發(fā)生反射，然后返回到接收器。
接下來，pulseIn() 函數(shù)測量從脈沖離開傳感器到接收器檢測到返回信號所用的時間，單位為微秒。
然后將該時間除以2，因為這是信號往返花費的總時間。這為我們提供了40KHz聲音傳播到物體所需的微秒數(shù)。由于聲音傳播1厘米大約需要29.155微秒，所以我們可以將計算出的時間除以29.155。以此我們就可以計算出目標對象的距離，單位為厘米，然后將該距離值分配給cm變量。
接下來的幾行代碼會將距離（以厘米為單位）打印到串行監(jiān)視器，這有助于確認代碼運行正常，并便于我們在運行程序時查看物體的距離。
代碼的最后主要相關(guān)部分是這樣的：
int note = 0; // Assign note based on distance, spacing notes per 6cm
if(cm<=48&&cm>42) {
note = 523;
} else if(cm<=42&&cm>36) {
note = 493;
} else if(cm<=36&&cm>30) {
note = 440;
} else if(cm<=30&&cm>24) {
note = 392;
} else if(cm<=24&&cm>18) {
note = 349;
} else if(cm<=18&&cm>12) {
note = 329;
} else if(cm<=12&&cm>6) {
note = 294;
} else if(cm<=6) { note = 261;
}
if (note == 0) { // If distance isn’t within 48cm, play nothing noTone(9);
} else {
tone(9, note, 200); // Play assigned note for 200 milliseconds
}
該代碼塊將根據(jù)物體的距離為揚聲器分配一個頻率。 此Arduino參考文檔 列出了一系列音符的頻率，我們將以此作為參考。 使用 if else 語句 來根據(jù)目標對象的距離（以6cm為增量）為音符變量分配一個頻率，可在整個八度音階范圍內(nèi)提供八個音符。如果沒有檢測到任何物體，音符變量值為0。
在最后一部分中，tone() 函數(shù) 用來播放音符，如果48cm內(nèi)沒有檢測到物體，noTone()函數(shù) 將會停止前一個聲音的播放。在開始循環(huán)之前的最后一個指令是delay()。這些延遲有助于避免程序更改音符過快，因為傳感器的精確度沒有那么高。

接線

了解了代碼如何運行之后，您就可以將其上傳到Arduino Uno上了，然后拔掉設(shè)備。現(xiàn)在，是時候?qū)⑺鼈冞B接起來了。我們已經(jīng)完成了代碼的編寫以盡可能簡化該過程。您所要做的就是按照以下步驟進行操作：
● 將HC-SR05傳感器插入數(shù)字引腳2到6，GND插入引腳2，VCC插入引腳6。這樣連接可以使傳感器朝向外側(cè)，遠離Arduino。
● 將揚聲器上的正極線（通常為紅色）插入引腳9。
● 將另一根揚聲器線（通常為黑色）插入其中一個GND引腳。 連接好所有電線好，插入Arduino，并在傳感器前留出大約50厘米的空間。接下來是最有趣的部分。將您的手或者一根小棍子放在傳感器前面，您會聽到揚聲器發(fā)出的聲音。物體放置的越遠，音調(diào)越高。
您可以嘗試使用delay()和tone()所帶來的持續(xù)時間使聲音聽起來更平滑，或調(diào)整頻率值以獲得不同的音符。該傳感器還可以用作報警器，以在物體進入一定范圍內(nèi)的區(qū)域時發(fā)出警報，或者當您的手處于某一距離范圍內(nèi)時向您的計算機發(fā)送指令。

DevicePlus 編輯團隊

設(shè)備升級版適用于所有熱愛電子和機電一體化的人。

審核編輯黃宇