20、新冠疫情下的 20 秒洗手定时器：超声波传感器与微控制器的应用

新冠疫情下的 20 秒洗手定时器：超声波传感器与微控制器的应用

1. 超声波传感器的工作原理

超声波传感器（如 HC - SR04）通过发射和接收超声波来确定与物体的距离，其工作原理类似于声纳。声纳是一种用于水下探测物体的回声定位设备，它发射声脉冲（通常使用超声波频率），测量这些脉冲反射所需的时间，并计算物体与声纳设备之间的距离。不过，这里使用的超声波传感器并非用于水下。

部分超声波传感器（如本章使用的 HC - SR04）使用频率为 40 kHz 的声波，这远高于人类耳朵平均能感知的 20 Hz 至 20 kHz 的声音频率范围。

HC - SR04 超声波传感器的工作流程如下：
1. 微控制器板向传感器的 Trig 引脚发送数字信号，触发传感器的扬声器发射超声波。
2. 高频声波遇到物体后反射回传感器，传感器的麦克风接收反射波。
3. 传感器通过其 Echo 引脚向微控制器板发送数字信号。
4. 微控制器板从 Echo 引脚接收该数字信号，记录声波发射和接收之间的时间间隔。

传感器与物体之间的距离计算公式为：
$D=(T*C) ⁄ 2$
其中：
- $D$：距离
- $T$：超声波发射和接收之间的时间（持续时间）
- $C$：一般声速（干燥空气中为 343 m/s）

距离除以 2 是因为我们只需要声波的往返距离。

2. HC - SR04 传感器的引脚连接与技术特性

HC - SR04 传感器的引脚连接如下：
- VCC 引脚连接到 5 伏电源。
- Trig 和 Echo 引脚连接到