超声波传感器测距实验

项目简介

超声波传感器是机器人和智能设备中最常用的测距元件之一。本实验使用 HC-SR04 超声波传感器，学习如何测量物体距离，并通过串口监视器实时显示测量结果。

你将学到：

HC-SR04 超声波传感器的工作原理
pulseIn() 函数的使用方法
串口通信（Serial）的基本使用
距离计算公式的应用

工作原理

HC-SR04 超声波传感器的工作原理类似于蝙蝠的回声定位：

发射超声波： 传感器的 Trig 引脚接收到一个 10μs 的高电平脉冲后，发射 8 个 40kHz 的超声波脉冲
等待回声： 超声波遇到障碍物后反射回来，Echo 引脚输出一个高电平信号
计算距离： 根据声音传播时间计算距离

距离计算公式： 距离(cm) = 声音传播时间(μs) × 声速(340m/s) ÷ 2 ÷ 10000

>

简化为：距离(cm) = 时间(μs) / 58

所需材料

材料	数量	说明
Arduino Uno 主板	1块
HC-SR04 超声波传感器	1个	小米创客套件已包含
面包板	1块
跳线	4根
蜂鸣器（可选）	1个	用于报警功能

电路连接

HC-SR04 有 4 个引脚：VCC、Trig、Echo、GND

HC-SR04 引脚	Arduino 引脚
VCC	5V
Trig	数字引脚 9
Echo	数字引脚 10
GND	GND

编写代码

cpp

// 超声波测距实验 // 小米创客 kidsbits 出品
const int TRIG_PIN = 9;   // Trig 引脚 const int ECHO_PIN = 10;  // Echo 引脚
void setup() {   pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT);   pinMode(ECHO_PIN, INPUT);   Serial.begin(9600);  // 初始化串口通信，波特率 9600   Serial.println("超声波测距实验启动！"); }
void loop() {   float distance = getDistance();      Serial.print("距离: ");   Serial.print(distance);   Serial.println(" cm");      delay(500);  // 每 0.5 秒测量一次 }float getDistance() {   // 发送触发脉冲   digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);   delayMicroseconds(2);   digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH);   delayMicroseconds(10);   digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);      // 读取回声时间   long duration = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH);      // 计算距离（单位：厘米）   float distance = duration / 58.0;      return distance; }

使用串口监视器

上传代码后，点击 Arduino IDE 右上角的串口监视器图标（或按 Ctrl+Shift+M），设置波特率为 9600，即可看到实时测量的距离数据。

添加报警功能

在电路中加入蜂鸣器，当距离小于 20cm 时发出报警声：

cpp

const int BUZZER_PIN = 8;  // 蜂鸣器引脚void loop() {   float distance = getDistance();      Serial.print("距离: ");   Serial.print(distance);   Serial.println(" cm");      // 距离小于 20cm 时报警   if (distance < 20 && distance > 0) {     tone(BUZZER_PIN, 1000, 200);  // 发出 1000Hz 的声音，持续 200ms     Serial.println("⚠️ 警告：距离过近！");   }      delay(500); }

进阶挑战

挑战1：LED 距离指示灯 用 3 个不同颜色的 LED 表示距离范围：绿色（>50cm）、黄色（20-50cm）、红色（<20cm）。

挑战2：LCD 显示距离 将测量结果显示在 LCD1602 液晶屏上，而不是串口监视器。

挑战3：停车辅助系统 模拟汽车倒车雷达：距离越近，蜂鸣器响的频率越高。