多途径实现Arduino“超声波测距警示灯”

牟晓东

汽车的倒车雷达系统能够根据车尾与障碍物的间距进行声音报警，间距值越小，蜂鸣器的“滴滴”啸叫频率越高。类似的，我们可以借助于Arduino开发板来制作一个小型“超声波警示灯”系统，利用超声波传感器来检测和显示与障碍物的间距，并且能够根据不同的间距值来控制不同颜色的LED发光：距离远，非常安全，亮绿灯;距离减小，处于警示区间范围，亮黄灯;距离接近于警示临界点，比较危险，亮红灯。

1.实验器材与电路连接

实验器材：Arduino UNO主板一个，HC-SR04超声波传感器一个，绿色、黄色和红色LED灯各一支，面包板一块，各种颜色的杜邦线若干。

首先，将Arduino的5V电源正极和GND通过杜邦线连接至面包板;HC-SR04超声波传感器有四个引脚，其中的VCC和GND分别插接至面包板的正极和负极，Trig信号发射引脚和Echo信号接收引脚分别插接至Arduino的2号和3号数字引脚;绿色、黄色和红色LED的长腿（正极）通过面包板分别连接至Arduino的4号、7号和8号数字引脚，短腿（负极）与GND连接;最后，通过数据线将Arduino与计算机USB接口连接（如图1）。

2.Arduino IDE代码编程实现“超声波测距警示灯”

在Arduino IDE中首先进行变量的定义，与超声波传感器相关的语句包括“int TrigPin = 2;”“int EchoPin = 3;”和“float distance;”，前两个分别声明它的信号发射与接收引脚为2号和3号数字引脚，定义的浮点型变量distancd是用来存储超声波传感器所测量的间距值;接着再定义三个整形变量：“int GreenLED = 4;”“int YellowLED = 7;”和“int RedLED =8;”，分别对应绿色、黄色和红色LED的三个数字引脚（4号、7号和8号）。

在setup（）函數中，先通过语句“Serial.begin（9600）;”来设置串口监视器的波特率，目的是实时显示出超声波传感器所监测的间距数据;然后是五个pinMode（）引脚模式设置语句，除超声波传感器的EchoPin设置为INPUT输入模式外，将它的TrigPin和三个LED灯（GreenLED、YellowLED、RedLED）均设置为OUTPUT输出模式（如图2）。

在loop（）函数中，首先要控制超声波传感器的发射端进行信号的触发，即使用“低-高-低”的短时间脉冲：语句“digitalWrite（TrigPin， LOW）;”和“delayMicroseconds（20）;”的作用是控制发射端保持20微秒的低电平;然后通过语句“digitalWrite（TrigPin，HIGH）;”和“delayMicroseconds（20）;”，控制发射端再保持20微秒的高电平（即触发一个20微秒的高脉冲）;最后的语句“digitalWrite（TrigPin， LOW）;”是控制发射端再次处于低电平状态。

接着，为存储间距值的变量distance进行赋值：“distance=pulseIn（EchoPin，HIGH） * 340/2/

10000;”，计算方法是借助pulseIn（）来实现——此时要特别注意它的单位是“微秒”（空气中的声速值按340米/秒计），有“米与厘米”和“秒与微秒”间的单位换算（相当于“除以10000”）;而且超声波传感器所监测的间距值是“超声波从发射端发出、向前运动并碰到障碍物后、再返回至接收端”的往返值（要“除以2”），因此在表达式中要对“pulseIn（EchoPin， HIGH）”的值再进行“*340/2/10000”的计算。然后，在串口监视器中输出一行提示信息，语句为“Serial.print（"与障碍物间的距离为："）; ”;接着再通过“Serial.print（distance）; ”和“Serial.print（“cm”）; ”两行语句，将distance变量和单位（“厘米”）在同一行显示输出;而后面的语句“Serial.println（）; ”，作用是输出一个“换行”（相当于“回车”操作）。

接下来要构建一个“if…else if…else…”三分支选择结构，对变量distance的值进行区间范围判断：如果距离大于30厘米（“distance >= 30.00”），执行语句“digitalWrite（GreenLED，HIGH）;”，控制绿色LED灯发光;如果距离在15厘米和30厘米之间（“distance < 30.00 and distance >= 15.00”），则执行语句“digitalWrite（YellowLED，HIGH）;”，控制黄色LED灯发光;否则的话——相当于距离小于15厘米（“distance < 15.00”），则执行语句“digitalWrite（RedLED，HIGH）;”，控制红色LED灯发光。

最后，添加一个“delay（500）; ”语句，作用是控制每次循环均延迟500毫秒;而三个digitalWrite（）语句则是向三个LED连接引脚写入低电平，作用是关闭所有的LED灯，从而为下一次循环的正确响应做好初始化准备（如图3）。