蝙蝠在飛行的時候，能從喉內產生超聲波，超聲波透過口腔發射出去。當超聲波遇到昆蟲或者障礙物時，會被反射回來，並能夠被蝙蝠耳朵接收到，蝙蝠透過反射回來的超聲波不僅能計算出距離，還能透過判斷出目標是昆蟲還是障礙物。科學家透過對蝙蝠這種探測方法的研究，發明了超聲波測距。我們本次課程要介紹的超聲波感測器，就是利用這種仿生科學制造的。

全國青少年機器人等級考試三級課程：超聲波感測器使用

1、 超聲波感測器介紹

超聲波是振動頻率高於20kHz的機械波，頻率在人耳能聽到的範圍之外，它具有頻率高、波長短、繞射現象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波對液體、固體的穿透本領很大，尤其是在陽光不透明的固體中。超聲波碰到雜質或分介面會產生顯著反射形成反射回波，

超聲波感測器（測距）是利用超聲波的特性而研製而成的感測器。超聲波感測器發出的超聲波碰到感測器前面的被障礙物，發射回傳感器的接收器，透過計算超聲波傳播的時間，從而計算出感測器和障礙物之間的距離。

本實驗所用超聲波感測器，採用雙探頭（一個探頭髮射、一個探頭接收）焊接在轉接板上製成用於測距的模組，是用來測量距離的一種產品，透過傳送和收超聲波，利用時間差和聲音傳播速度，計算出模組到前方障礙物的距離。感測器有四個引腳：GND、VCC、Trig、Echo。其中Trig為觸發引腳、Echo為資料接收引腳。感測器採用40KHZ超聲波。

超聲波模組引數：

工作電壓：5V 有效探測距離：2Mm~2.5m 感應角度範圍：15° 超聲波頻率：40KHZ

2、 超聲波感測器原理

超聲波感測器原理

超聲波感測器接收到觸發訊號後，模組自動發出8個40KHZ的方波，同時開始計時並自動監測是否有訊號返回，透過記錄超聲波從開始傳送到接收回波間隔，來判斷前方障礙物的距離。

超聲波感測器時序圖

1. Arduino板先向Trig引腳傳送一個時長不小於10μs的高電平，觸發超聲波模組；

2. 觸發後，模組會自動發射8個40KHZ的方波，並自動檢測是否有訊號返回；

3. 如果有訊號返回，則透過Echo引腳輸出一個高電平，高電平持續的時間就是超聲波從發射到接收的時間，

超聲波感測器和障礙物之間的距離計算公式為：

距障礙物距離= 高電平持續時間 × 340m/s ÷ 2

（音速在不同介質中傳播速度是不一致的，其大小因介質的性質和狀態而異。空氣中的音速在1個標準大氣壓和15℃的條件下約為340m/秒）

3、 超聲波感測器連線方法

管腳

感測器有四個引腳：GND、VCC、Trig、Echo，VCC接arduino板的5V引腳，GND接arduino板的GND引腳，Trig引腳、Echo引腳分別接兩個數字引腳即可。

超聲波感測器實物

實物連線如圖，採用4p專用連線線，連線arduino板。

實物連線圖

4、 超聲波感測器使用例項

從超聲波感測器獲取測距資料，並透過串列埠打印出來。

米思齊程式碼如下：

米思齊程式碼

執行米思齊程式碼，從串列埠監視器列印距離資料，如圖：

串列埠監視器列印距離資料

學習總結：

1、 學會超聲波測距的原理。

2、 串列埠列印方法監測資料。

3、 瞭解超聲波模組的時序。

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