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Arduino Sonar

Arduino

Mark Chen | 25 Jul 2021

材料

  材料 数量
1 Arduino UNO 3 开发板 1
2 9G 舵机 1
3 超声波传感器 1
4 面包板 1
5 跳线 若干

原理

超声波测距仪

向超声波测距仪的 trig 脚发送高电平时，超声波测距仪发出超声波，当收到回波时，echo 脚会从低电平转化为高电平。通过测量向 trig 脚发送高电平和 echo 脚收到高电平之间的时间差，我们可以计算出障碍物与超声波测距仪之间的距离。

这里我们用了一个叫做 newping.h 的库，这个库在超声波测距的基础上添加了一些实用功能，例如“测三次距取中位数”等。

舵机

通过 Arduino 官方提供的 servo.h 库，我们可以精确的控制舵机旋转的角度。

串口通信

serial-connection

只要计算机与 Arduino 使用相同的速率发送 / 接收信号（相同的波特率），我们就可以用串口（USB线）在两个设备间进行通信。Python 通过 serial 库可以接收 Arduino 通过 Serial.print 输出的内容。

实现

官方文档链接

上传到 Arduino 中的代码 - Sonar.ino

（点击查看） 
#include <NewPing.h>
#include <Servo.h>
int servo_port = 4;
int trig_port = 9;
int echo_port = 10;
const int STEP = 2;
const int SONIC_ITER = 3;
Servo servo;
NewPing sonar(trig_port, echo_port, MAX_DISTANCE);

void setup() {
  Serial.begin(230400);
  servo.attach(servo_port);
  servo.write(0); // Initialize servo at 0 deg

  pinMode(trig_port, OUTPUT);
  pinMode(echo_port, INPUT);
}

void loop() {
   for (int deg = 20; deg <= 160; deg += STEP) {
    servo.write(deg);
    float distance = get_distance(SONIC_ITER);
    send_data(deg, distance, STEP);
  }
  for (int deg = 160; deg > 20; deg -= STEP) {
    servo.write(deg);
    float distance = get_distance(SONIC_ITER);
    send_data(deg, distance, STEP);
  }
}

void send_data(int degree, float distance, int STEP){
  Serial.print(degree);
  Serial.print(",");
  Serial.print(distance);
  Serial.print(",");
  Serial.println(STEP);
}

float get_distance(int iter){
  float distance = sonar.ping_median(iter) / 100;
  return distance;
}

在电脑端 Python 运行的代码 - sonar_display.py

（点击查看） 
import serial
import time
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

arduino = serial.Serial(port='COM3', baudrate=230400)

def read_arduino():
    global arduino
    try:   
        raw_data = arduino.readline().decode("ascii").strip().split(",")
        degree, distance, step = map(float, raw_data)
        return int(degree), int(distance), int(step)
    except:
        print("Failed to read from Arduino! Retrying ...")
        time.sleep(0.1)
        return 20, 0, 0

def draw_rader(ax1, all_points, degree, distance):
    ax1.clear()
    ax1.set_thetamax(170)
    ax1.set_thetamin(10)
    ax1.scatter(list(all_points.keys()), list(all_points.values()), c="green", s=8)
    ax1.vlines([degree], 0, max(all_points.values()), color="red" if distance == 0 else "blue" )
    plt.pause(0.00001)

if __name__ == "__main__":
    fig = plt.figure()
    fig.suptitle("Arduino Sonar")
    ax1 = fig.add_subplot(projection="polar")
    all_points = dict()
    while True:
        degree, distance, step = read_arduino()
        degree, step = np.deg2rad(degree), np.deg2rad(step)
        all_points[degree] = distance
        draw_rader(ax1, all_points, degree, distance)

效果

附：超声波测距仪支架简易制作方法

材料：硬卡纸一张

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