datetime:2023/10/26 10:23

author:nzb

该项目来源于大佬的动手学ROS2

1.简易雷达原理介绍

在正式开始制作我们的简易雷达前，我们先了解下原理。

我们所说的雷达是一种测距设备，比如FishBot上搭载的雷达就可以实现360度的旋转测距——测量指定角度前方障碍物的距离。

所以要实现一个简易雷达，我们必须要有一个可以测量距离的传感器，一个可以指定角度的电机。

一、测距传感器超声波

百度百科介绍

超声波传感器是将超声波信号转换成其它能量信号（通常是电信号）的传感器。超声波是振动频率高于20kHz的机械波。它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。超声波传感器广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。

接着看看长什么样子：

便宜的就长这样子，一共两个头，一个头用于发送波，一个头接收波。

那么超声波传感器原理是什么呢？

距离=(发送时间-接收时间)*速度/2

下一节我们将通过代码根据这一原理进行距离测量测试。

二、常用执行器舵机

舵机是可以根据指定角度进行旋转的特殊电机。

其硬件结构如上图所示，当我们把角度信息发送到控制板时，控制板通过电位器测量出当前的角度，然后根据当前角度和目标角度的角度差控制电机旋转，直到角度差变的几乎为零。

三、结构设计

主控板依然使用MicroROS学习板，购买雷达套餐购买链接的小伙伴可以通过赠送的支架将超声波固定到舵机上，也可以自行用胶枪之类的固定。最终的结构示意图如下

2.测量距离学会超声波传感器

上一节简单的介绍了超声波传感器，但是没有介绍如何通过代码使用，本节我们尝试使用并封装超声波模块。

我们使用的超声波模块一共有四个引脚，分别是

TRIG 即发送引脚，用于发送超声波
ECHO 即接收引脚，用于接收反射回来的超声波
VCC 电源接5V
GND 电源地

一、新建工程

新建example18_sr04

二、编写代码

带注释的代码如下

#include <Arduino.h>
#define Trig 27 // 设定SR04连接的Arduino引脚
#define Echo 21

void setup()
{
  Serial.begin(115200);
  pinMode(Trig, OUTPUT); // 初始化舵机和超声波
  pinMode(Echo, INPUT);  // 要检测引脚上输入的脉冲宽度，需要先设置为输入状态
}

void loop()
{
  static double mtime;
  digitalWrite(Trig, LOW); // 测量距离
  delayMicroseconds(2);    // 延时2us
  digitalWrite(Trig, HIGH); 
  delayMicroseconds(10); // 产生一个10us的高脉冲去触发SR04
  digitalWrite(Trig, LOW);
  mtime = pulseIn(Echo, HIGH);                  // 检测脉冲宽度，注意返回值是微秒us
  float detect_distance = mtime / 58.0 / 100.0; // 计算出距离,输出的距离的单位是厘米cm
  Serial.printf("distance=%f\n", detect_distance);
  delay(500);
}

三、代码注解

核心代码分为两部分

3.1发送超声

方波产生，低-高-低

  digitalWrite(Trig, LOW); // 测量距离
  delayMicroseconds(2);    // 延时2us
  digitalWrite(Trig, HIGH); 
  delayMicroseconds(10); // 产生一个10us的高脉冲去触发SR04
  digitalWrite(Trig, LOW);

3.2 检测回响计算距离

mtime = pulseIn(Echo, HIGH);                  // 检测脉冲宽度，注意返回值是微秒us
float detect_distance = mtime / 58.0 / 100.0; // 计算出距离,输出的距离的单位是米m

58是一个时间系数，根据声音在空气中传播速度计算而来。pulseIn函数用于检测某个引脚从当前时间跳变到高电平之间持续的时间。

四、下载测试

将超声波模块连接到开发板上的超声波接口上

下载代码，打开串口，查看距离不断变化

五、总结

本节我们成功实现使用超声波实现距离测量功能，下一节我们尝试使用第三方库驱动舵机。

测量距离学会超声波传感器