小车的耳朵（传感器）

（一）超声波传感器

超声波传感器实物图，
HC-SR04超声波传感器
HC-SR04超声波模块具有性能稳定，测量距离精确，盲区小的特点，HC-SR04超声波传感器具有四个接口，分别为VCC、TRIG(触发)、ECHO(反馈)、GND。

超声波测距原理

超声波传感器。主要是利用压电晶片和共振板构成发生器，发生器接受脉冲信号，施加电压于电极，通过压电晶体的简谐振动，共振板随压电晶体振动，从而实现超声波的发射。超声波接收器的原理过程与发生器相反，当没有外加电压施加在两电极之间时，若有超声波反射到共振板，压电晶片作振动时为超声波接收器。
超声波发生器结构
超声波测距的原理公式：$$D=\cfrac{回响时间340100}{2}$$
可探测距离为2cm-400cm，测量角度为15°
具体从下图可见测距原理
在这里插入图片描述
怎么用代码实现呢，了解一下原理。
超声波进行测距时，树莓派向TRIG发送高电平的脉冲信号，并且脉冲信号时长需要在10us以上，然后模块会产生8个40Khz的方波，用于之后在超声波ECHO端等待TRIG发送的高电平，判断是否有高电平输出，如果树莓派检测到ECHO端有高电平信号，则使用定时器进行计时，当检测为低电平时结束计时。定时器所得时间为超声波的回响时间，通过计算即可得到探测距离。
脉冲时序图

超声波模块代码

使用python编程，简单方便，看的懂图就可以了。引脚图的话，可以看树莓派+二自由度云台制作智能小车（总）——准备及说明
在终端输入命令：
gpio readall
可得到引脚图
下面是超声波模块的代码，可直接运行，记得接对PIN口进行测试。
建议设置名称ultrasonic.py

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#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
# 使用超声波传感器测距
import time
import RPi.GPIO as GPIO

class Ultrasonic():
    
    def __init__(self,trigger,echo):       #创建对象同时运行的初始化函数
        
        self.trigger = trigger
        self.echo = echo
        GPIO.setmode(GPIO.BCM)				#不用BOARD编码，因为后面用的引脚多了，会报错。
        GPIO.setwarnings(False) 			 #关闭GPIO的警告
        GPIO.setup(self.trigger,GPIO.OUT)
        GPIO.setup(self.echo,GPIO.IN)
        
    def send_trigger_pulse(self):			#扣动扳机
        GPIO.output(self.trigger,True)
        time.sleep(0.00015)        			 #delay 15us
        GPIO.output(self.trigger,False)

    def wait_for_echo(self,value,timeout):		#等待声波返回
        count = timeout
        while GPIO.input(self.echo) != value and count>0:
            count = count-1

    def get_distance(self):
        self.send_trigger_pulse()
        self.wait_for_echo(True,10000)    #delay 25us-100`ms
        start = time.time()
        self.wait_for_echo(False,10000)
        finish = time.time()
        pulse_len = finish-start
        distance_cm = pulse_len/0.000058  # =*340*100(cm)/2
        return distance_cm

if __name__ == "__main__":
    
    while True:
        sonic_l = Ultrasonic(25,12)
        print("距离 = %.2f cm"%sonic_l.get_distance())
        time.sleep(1)
       
        
    GPIO.cleanup()

（二）红外传感器

红外测距原理

该模块有3个引脚，分别对应黄色Signal信号脚、黑色GND工作地、红色VCC+5V电源输入。Single信号脚接树莓派物理接口pin38(BCM编码20)，当探测到前方有障碍物时，产生不同的电压信号，在使用时通常配合ADC数模转换器进行精确测距，测距原理图如图3-19所示，理论测距范围为0至80cm。由于环境及设备实际使用情况，测得实际探测距离为0至25cm，由于探测距离原因，本系统未使用ADC数模转换，当红外传感器探测前方有障碍物时，树莓派获取信号，即判定前方25cm处有障碍物。
探测距离公式

D=f(L+X)L+fctg(90°−α)D=\cfrac{f(L+X)}{L+fctg(90°-α)}

D为红外传感器到目标物体的距离，f为滤镜的焦距，L为偏移值，X为中心距，a表示发射角，c 表示红外线在空气中的传播速度$$c= 3*10^8m/s$$红外传感器根据距离D产生相应的电压信号，由single引脚发送。当D大于测距范围上限时，无信号产生。

由于，选配的是夏普SP2Y0A21红外传感器。比较低端，白天有效探测距离一般为25cm左右，考虑到后期小车的车速问题，本文不用ADC模块，直接简单粗暴的使用。有意向的道友可研究寻迹、测距等功能。
在这里插入图片描述

红外传感器测试代码

建议设置名称infrared.py

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#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
# 使用红外传感器探测障碍

import RPi.GPIO as GPIO
import time
import configparser

class Infrared():
    
    def __init__(self,pin):
        
        self.single = pin
        GPIO.setmode(GPIO.BCM)
        GPIO.setwarnings(False)
        GPIO.setup(self.single,GPIO.IN) 
    
    def check_distance(self):
        if GPIO.input(self.single)==0: 
            #warn()
            return 'OK'
            #20CM
        else:
            return 'Warning'
   
        
if __name__ =="__main__":
    a = Infrared(20)
    while True:
        print(a.check_distance())
        time.sleep(1)
    GPIO.cleanup()

使用首先测试传感器是为了后续小车自动避障策略的一个设计，方便测试。也可选用3个超声波传感器来进行测距从而选择避障策略。