掌控板教程 | 想要掌控超声波传感器？可能没你想的那么简单！

最新推荐文章于 2025-03-11 22:02:55 发布
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#传感器 #arduino #payment #junit #c++11

在创客教育中，老师们遇到掌控板连接HC-SR04超声波传感器时，发现测量距离总是不准，四舍五入后接近0。问题在于掌控板工作电压为3.3V，而传感器需要5V。解决方案包括使用电压转换模块或更换兼容3.3V的宽电压版超声波传感器如HC-SR04+。采用后者，问题得到解决，测量恢复正常。
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全文约1000字，阅读时间3分钟

# 问题来源

在创客教育教学过程中，超声波传感器是最常用的元器件。但是一不小心也容易出现一些问题，甚至某些问题还比较隐蔽，没有经验的话可能要查很久才能查到问题所在。

前几天就有几个老师来问我，为什么掌控板连接超声波传感器，测出来的距离总是不准呢？如下图所示，测出来的距离，四舍五入后基本都是为 0。

# 问题探究

这个问题很有趣，现在大家习惯了 Arduino，在玩 Arduino 的时候很少会出现这个问题，不出现这个问题的话可能大部分人都没意识到。正好前两天拿到了掌控板的扩展板“掌控宝”，就拿超声波传感器来献祭一下吧。

我们先来看一下上面动图中对应的程序，该程序是在 mPython X 0.3.3 版本上编写。好像也没啥毛病啊？可是在掌控板上为啥就不行了呢？难道是掌控板的软件底层有 bug？

我们来看一下 mPython X 图形化编程软件上对应的超声波模块型号：HC-SR04，这也是我们在教学中最常用超声波传感器型号。

HC-SR04 超声波模块外观对应如下图所示：

再来看一下这个模块的技术参数，从下表中可以看到，它的工作电压一栏写着 5V，好像也没有什么问题啊，Arduino 的工作电压不就是 5V 么？

可是再回到掌控板，我们从掌控板的官方 wiki 上可以看到它的技术参数，在它的“工作电压”这一栏上赫然写着 3.3V，似乎找到了问题所在。

# 问题解决

那有没有办法解决这个问题呢？一般有几个办法：

  • 方法一（不推荐）：使用一个 3.3-5V 电压转换模块，将它们的电压转换一致即可，可是这种方法对课堂教学来说可能很不方便；

  • 方法二（不推荐）：使用引脚电压是 5V 的扩展板，但是也可能会跟其他传感器冲突；

  • 方法三（推荐）：使用同时兼容 3.3V、5V 的宽电压版超声波传感器模块或其他兼容掌控板的超声波传感器模块。

我们可以从淘宝上找到相应的模块，价格和普通的 HC-SR04 超声波模块也差不多，这种超声波模块，一般型号名称为 HC-SR04+，后面多了一个“+”号，但有些店家的模块，名称上面也没有“+”号，具体还得看技术参数。

当然市面上还有其他兼容 3.3V 的超声波模块，此处仅以宽电压版本的 HC-SR04+ 为例。同样的程序，换上 HC-SR04+ 这个超声波模块后，效果就正常了，如下图所示。

# 扩展思考

其实这个问题除了在掌控板上会出现之外，在使用 micro:bit 的过程中我们可能也会碰到类似的问题，另外在其他基于 ESP32 或 ESP8266 芯片的主控板上也有同样的问题，因为这些主控板的工作电压都是 3.3V。在笔者和裘老师一起写的新书“物联网 So Easy”中（即将上架），我们就使用了基于 ESP8266 芯片的物联网主控板，工作电压也是 3.3V，使用的也是宽电压版本的超声波模块，届时请大家多多关注！


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<think>我们正在回答关于掌控板金手指的问题。掌控板是一款面向STEAM教育领域的开源硬件，由创客教育专家设计，常用于编程教学和项目制作。 金手指（Gold Finger）在电子工程中通常指印刷电路板（PCB）边缘的一排镀金导电触点。在掌控板上，金手指位于板子的两侧边缘，用于扩展连接。 具体解释如下： 1. **定义**：金手指是PCB边缘的金属接触片，表面镀金（或其它防氧化金属）以降低接触电阻并防止氧化，确保良好导电性。 2. **功能**：掌控板金手指的主要功能是扩展外部模块（如传感器、执行器、显示屏等）的连接接口。通过金手指，用户可以将掌控板插入扩展板（如mPython扩展板）或面包板，无需焊接即可快速搭建电路。 3. **结构特点**： - 排列：金手指通常成排分布在板子两侧（掌控板左右两侧各有一排）。 - 引脚定义：每个金手指对应一个特定的I/O接口（如P0、P1等），这些接口可编程控制（支持数字输入/输出、模拟输入、PWM输出等）。 - 镀层：镀金处理（厚度通常为几微米）以增强耐磨性和导电性。 4. **使用场景**： - 教育项目：学生通过金手指连接温湿度传感器、舵机等模块，完成物联网或机器人项目。 - 原型开发：快速验证电路设计，减少焊接需求。 注意：使用金手指时需避免频繁插拔或暴力操作，防止镀层磨损导致接触不良。 §§相关问题§§ 1. 掌控板金手指的引脚排列顺序和功能如何查阅？ 2. 如何正确保养金手指以防止氧化或损坏？ 3. 除了金手指，掌控板还有哪些扩展接口？ 4. 金手指与普通排针接口相比有哪些优缺点？ 5. 能否通过金手指给掌控板供电？如果可以，如何操作？</think>掌控板上的"金手指"是指板子边缘一排**镀金的导电接触片**（通常位于两侧或底部），它们的主要功能是**提供扩展接口和电气连接**。以下是具体解析： --- ### 金手指的核心作用： 1. **扩展连接** - 通过金手指插入扩展板（如mPython扩展板）或面包板，无需焊接即可连接传感器、电机、显示屏等外部模块。 - 示例：将掌控板插入扩展板后，金手指的引脚（如`P0`、`P1`）可直接连接超声波传感器或舵机。 2. **电气信号传输** - 每个金手指对应一个特定引脚（如数字I/O、模拟输入、电源引脚），镀金层减少氧化，确保信号稳定传输。 - 引脚功能包括：GPIO通信、I²C、SPI、UART串口、ADC采集等。 3. **供电与接地** - 部分金手指为`3.3V`（掌控板工作电压）和`GND`（接地），用于为外设供电。 --- ### 设计特点： - **镀金工艺**：表面镀金（厚度约0.1–2.5μm）防止氧化，提升耐磨性和导电性。 - **排列结构**：成排分布在板边，间距标准化（常见2.54mm），兼容通用扩展板。 - **防呆设计**：金手指区域通常标注引脚编号（如`P0`、`P1`），避免插反。 --- ### 使用注意事项： 1. **避免物理损伤**：频繁插拔可能磨损镀金层，导致接触不良。 2. **防静电保护**：触摸前先接地，防止静电击穿敏感元件。 3. **清洁维护**：若氧化发黑，可用橡皮擦轻擦金手指表面恢复导电性。 --- ### 示例应用场景： ```python # 通过金手指连接超声波传感器（HC-SR04）示例代码（mPython） from mpython import * # 导入掌控板库 import time trig = MPythonPin(1, PinMode.OUT) # 使用金手指引脚P1控制Trig echo = MPythonPin(2, PinMode.IN) # 使用金手指引脚P2接收Echo def measure_distance(): trig.write_digital(1) # 发送10μs高电平脉冲 time.sleep_us(10) trig.write_digital(0) while echo.read_digital() == 0: # 等待回声高电平 pass start = time.ticks_us() while echo.read_digital() == 1: # 计算高电平持续时间 pass end = time.ticks_us() return (end - start) * 0.034 / 2 # 计算距离（单位：厘米） print("距离：", measure_distance(), "cm") ```
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