超声波距离传感器

一、用途

超声波距离传感器主要用于测量物体与传感器之间的距离。它可以将测量到的距离信息转化为电信号，从而为后续的控制和决策提供依据。在很多场景下，它能帮助设备或系统感知周围环境，实现诸如避障、液位检测、物体定位等功能。

二、常见分类

按工作频率分类

• 低频超声波传感器：工作频率一般在20kHz - 40kHz，具有较强的穿透能力，但是测量精度相对较低，适用于一些对精度要求不高，需要长距离测量的场合。
• 高频超声波传感器：工作频率通常在40kHz以上，测量精度较高，但穿透能力较弱，有效测量距离相对较短，常用于需要高精度测量的场景。

按测量范围分类

• 短距离超声波传感器：测量范围一般在0 - 1米，适合用于小型设备的近距离检测，如机器人的近距离避障。
• 中距离超声波传感器：测量范围在1 - 5米，可用于大多数工业和民用场景，如液位检测等。
• 长距离超声波传感器：测量范围能达到5米以上，常用于大型仓储物流中的货物高度检测等。

三、技术原理

超声波距离传感器的工作原理基于超声波的传播特性。传感器向目标物体发射超声波脉冲，超声波在空气中传播，当遇到目标物体时会发生反射，反射波被传感器接收。传感器通过记录发射超声波和接收到反射波的时间差，结合超声波在空气中的传播速度（约为340m/s），利用公式：距离 = 传播速度×时间差÷2，就可以计算出传感器与目标物体之间的距离。

四、应用场景

工业自动化

在工业生产线上，超声波距离传感器可以用于检测产品的位置和尺寸，确保产品在传送过程中的准确性。例如，在自动化装配线上，通过检测零部件的位置，实现精确的装配操作。同时，在一些恶劣的工业环境中，如粉尘较大、光线不足的场合，超声波距离传感器能稳定工作，因为它不受光线和粉尘的影响。

智能家居

在智能家居系统中，超声波距离传感器可以实现多种功能。比如，当有人靠近智能马桶时，传感器检测到距离变化，自动打开马桶盖；当人离开后，又自动关闭。还可以用于智能窗帘的控制，根据人是否在房间内，自动调节窗帘的开合程度。

机器人领域

机器人在移动过程中需要感知周围环境，避免碰撞障碍物。超声波距离传感器可以安装在机器人的各个部位，实时检测与周围物体的距离。当检测到前方有障碍物时，机器人可以及时调整运动方向，实现自主避障功能。

ThingsCloud物联网平台应用场景

将超声波距离传感器接入ThingsCloud物联网平台，可以实现更多智能化的功能。

• 设备接入：通过合适的通信协议（如MQTT），将超声波距离传感器与ThingsCloud平台连接，使传感器能够将测量到的距离数据实时上传到平台。
• 数据采集：ThingsCloud平台可以对传感器上传的数据进行采集和存储，用户可以在平台上查看传感器的历史数据和实时数据，了解物体距离的变化情况。
• 定时控制：用户可以根据实际需求设置定时任务。例如，在仓库中，设置每隔一段时间采集一次货物高度数据，以便及时掌握库存情况。
• 告警通知：当传感器测量的距离超出设定的阈值时，平台可以及时发出告警通知。比如，在液位检测中，如果液位过高或过低，平台会通过短信、邮件等方式通知相关人员。
• 智能联动：结合其他设备实现智能联动。例如，当超声波距离传感器检测到有人进入房间时，平台可以联动灯光系统自动打开灯光；当人离开房间后，自动关闭灯光。

五、使用举例

以下是一个简单的使用超声波距离传感器的示例，以Arduino开发板和HC - SR04超声波传感器为例：

硬件连接

• 将HC - SR04的VCC引脚连接到Arduino的5V引脚。
• GND引脚连接到Arduino的GND引脚。
• Trig引脚连接到Arduino的数字引脚2。
• Echo引脚连接到Arduino的数字引脚3。

代码示例

const int trigPin = 2;
const int echoPin = 3;

void setup() {
  pinMode(trigPin, OUTPUT);
  pinMode(echoPin, INPUT);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  long duration, distance;
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(trigPin, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  duration = pulseIn(echoPin, HIGH);
  distance = duration * 0.034 / 2;
  Serial.print("Distance: ");
  Serial.print(distance);
  Serial.println(" cm");
  delay(1000);
}

这段代码通过Arduino控制HC - SR04传感器发射超声波，并接收反射波，计算出距离后通过串口打印输出。