7、利用超声波传感器测量距离

利用超声波传感器测量距离

人类拥有触觉、嗅觉、视觉、听觉和味觉这五种感官。而计算机和机器人可以根据我们的需求配备更多的“感官”。像树莓派（RasPi）这样的计算机能够精确且不知疲倦地感知和监测周围环境。树莓派的计算和接口能力使我们可以将各种传感器与之相连。

在某些应用场景中，使用卷尺和里程表来测量距离并不实际或方便。例如，要测量海洋深度，卷尺显然无法胜任，此时最好使用声纳或卫星等技术。而在家庭、实验室甚至日常生活中，我们经常会使用超声波传感器来实现各种应用，比如监测高架水箱的水位、为自动寻路机器人提供支持，还能辅助视障人士、作为车辆停车助手等等。

1. 神秘的超声波传感器

当你在山区探险时，朝着高山大声呼喊，可能会体验到回声现象。在没有窗帘和家具等内饰的大厅（如新房子）里，也能感受到这种现象。超声波传感器的工作原理与之类似。它会向障碍物发射超声波，然后等待回声返回。

为什么使用超声波传感器时我们听不到声音呢？这是因为该传感器工作在超声波频率，高于人类的可听频率范围。人类理论上的平均可听频率范围是 20Hz 到 20kHz，而超声波传感器发射的声波（也称为声脉冲）频率高于 20kHz。超声波之所以被广泛使用，是因为它人类听不到，并且在短距离内能够提供精确的距离测量。虽然也可以使用可听声波来实现相同目的，但让一个机器人每隔几秒就发出嘈杂的声音显然不太合适。

具体来说，超声波传感器会产生声脉冲并计算回声。同一个传感器接收回声，通过计算信号发射和回声接收之间的时间间隔来确定到目标的距离。这种传感器的原理与雷达类似，但雷达工作在更高的频率范围（甚高频），精度更高。

以 HC - SR04 传感器为例，它有两个带有金属网的圆柱体，通