硬件清單
一、超聲波測(cè)距原理
二、HCSR04超聲波傳感器的使用
三、LCD1602液晶顯示屏的使用
1.Arduino上的I2C通信協(xié)議
2.使用LCD1602液晶顯示屏顯示“Hello World!”字符
四、完成超聲波測(cè)距
五、總結(jié)

硬件清單

一、超聲波測(cè)距原理

 
我們所使用的超聲波傳感器型號(hào)為HCSR04，可觀察到他有兩個(gè)“眼睛”狀的部件，兩個(gè)部件的作用一樣，均可發(fā)射和接收超聲波，并且按照上述原理圖進(jìn)行工作。
首先傳感器發(fā)射超聲波，并計(jì)時(shí)，當(dāng)超聲波接觸到障礙物會(huì)被反射，當(dāng)傳感器接收到反射波，計(jì)時(shí)結(jié)束，然后利用距離、速度、時(shí)間公示進(jìn)行計(jì)算，得到傳感器到障礙物間的距離。
其具體工作原理簡(jiǎn)單了解即可，并不影響后述對(duì)超聲波傳感器的使用。
 
因此HCSR04超聲波傳感器的四個(gè)引腳的作用就比較明顯了，除了VCC接正極、GND接負(fù)極外，還有兩個(gè)引腳“Trig”及“Echo”，其中“Trig”用于控制發(fā)射超聲波，“Echo”用于接收反射波，所以“Trig”所接引腳應(yīng)為輸出，“Echo”所接引腳應(yīng)為輸入，因此在后續(xù)接線時(shí)可以把兩個(gè)引腳分別接到兩個(gè)數(shù)字端口，在端口初始化時(shí)分別設(shè)置輸入和輸出即可。

二、HCSR04超聲波傳感器的使用

接下來(lái)將HCSR04超聲波傳感器與Arduino進(jìn)行連接，除了VCC及GND分別接正負(fù)極外，這里“Trig”與數(shù)字端口D5連接，“Echo”與數(shù)字端口D4連接，如下圖所示：
 

并且確定安裝的庫(kù)文件是否一致，不同的開(kāi)發(fā)者貢獻(xiàn)的庫(kù)文件不同，調(diào)用方法的名稱也就不同，因此如果與本文按裝的庫(kù)文件不同的話，大概率會(huì)報(bào)錯(cuò)，建議安裝與下圖一致的庫(kù)文件。
 

將超聲波傳感器與Arduino板連接之后，繼續(xù)完成以下程序：

//此程序功能為將SR04超聲波傳感器測(cè)的的距離數(shù)值，通過(guò)串口進(jìn)行輸出
#include<HCSR04.h>  //導(dǎo)入超聲波SR04庫(kù)
HCSR04 ultrasonic(5,4);  //聲明一個(gè)對(duì)象，其名為ultrasonic（自定義的名稱）
                      //4號(hào)為“Echo”，5號(hào)為“Trig”
void setup()
{
 pinMode(4, INPUT);  //設(shè)置“Echo”接入的引腳為輸入
 pinMode(5, OUTPUT);  //設(shè)置“Trig”接入的引腳為輸出
 Serial.begin(9600);  //串口監(jiān)視器初始化
}
int distance;  //定義一個(gè)名為“distance”的變量，用于存放檢測(cè)的距離數(shù)值
void loop()
{
 distance = ultrasonic.dist();  //調(diào)用了超聲波庫(kù)里的“dist()”方法，獲得檢測(cè)距離數(shù)值
 Serial.print(distance);  //輸出distance數(shù)值，且不換行
 Serial.println(" cm");  //緊接著輸出單位，且換行
}

將程序上傳之前先對(duì)以上程序的部分代碼塊進(jìn)行解釋：
1.“HCSR04 ultrasonic(4, 5)”我們稱之為對(duì)象的實(shí)例化，即HCSR04為超聲波庫(kù)的名稱，在其后自定義一個(gè)名稱“ultrasonic”（即超聲波的英文，可自定義任意名稱），并且不同的實(shí)例化過(guò)程有不同的參數(shù)要輸入，比如HCSR04后需要加入“Trig”和“Echo”所接引腳的端口號(hào)，從而在后述程序中，如果要調(diào)用HCSR04庫(kù)內(nèi)的方法的話，僅需使用“ultrasonic.方法名()”，即可。
2.“distance = ultrasonic.dist()”這一代碼塊是調(diào)用了超聲波傳感器中獲取距離的方法“dist()”，與前面int定義的distance截然不同，int定義的變量可取任意名稱，僅為變量名，但“Distance()”為超聲波傳感器固定的方法。
接下來(lái)將上述程序上傳至Arduino板，并且打開(kāi)串口監(jiān)視器，觀測(cè)所測(cè)的數(shù)值是否準(zhǔn)確。
 

另外HCSR04型號(hào)的超聲波傳感器的測(cè)量范圍官方聲稱為2cm ～ 450cm，因此超出這個(gè)范圍的數(shù)值會(huì)不準(zhǔn)確。

三、LCD1602液晶顯示屏的使用

 
 
首先觀察LCD1602顯示屏的正反面（其中反面為實(shí)物圖），當(dāng)前LCD顯示屏的驅(qū)動(dòng)板（即黑色的電路板）上共6個(gè)引腳，左側(cè)兩個(gè)相鄰的引腳直接連接即可，連接后便打開(kāi)了背光；右側(cè)的引腳“GND接負(fù)極”“VCC接正極”已經(jīng)比較熟悉了，對(duì)于“SDA”及“SCL”引腳，我們先對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1.Arduino上的I2C通信協(xié)議

 
I2C總線是由Philips公司開(kāi)發(fā)的一種簡(jiǎn)單、雙向二線制同步串行總線。它只需要兩根線即可在連接于總線上的器件之間傳送信息。
每種不同的硬件都有不同的I2C地址，因此對(duì)于I2C通信的工作原理我們可以理解為：SCL（時(shí)鐘線）用于規(guī)定當(dāng)前時(shí)刻是否要傳輸數(shù)據(jù)，就如同紅綠信號(hào)燈的作用，防止數(shù)據(jù)傳輸混亂；SDA（數(shù)據(jù)線）用于在給定時(shí)間內(nèi)給不同地址的硬件傳輸數(shù)據(jù)，并且雙向傳輸。當(dāng)前我們僅需了解不同硬件的I2C地址即可輕松使用I2C通信。

2.使用LCD1602液晶顯示屏顯示“Hello World!”字符

 
在Arduino拓展板的復(fù)位鍵旁邊設(shè)有專門(mén)的I2C引腳，可直接對(duì)應(yīng)連接，當(dāng)然也可以“SDA - A4”“SCL - A5”的線序連接。
連接好之后觀察屏幕，在未寫(xiě)入程序之前，LCD顯示屏的第一行應(yīng)該是可以顯示16個(gè)小方塊的，如果未顯示，則使用十字螺絲刀來(lái)擰動(dòng)顯示屏背板藍(lán)色的旋鈕，直到小方塊清晰可見(jiàn)。這也就是為什么LCD1602顯示屏標(biāo)有“1602”——此顯示屏可顯示16列2行字符（英文）。
本章使用的LCD顯示屏為I2C通信，因此使用的庫(kù)文件也需要對(duì)應(yīng)，可看下圖使用的庫(kù)文件：
 

接下來(lái)完成下列程序：

//此程序功能為使用LCD1602輸出“Hello World!”字符
#include <Wire.h>  //導(dǎo)入I2C通信庫(kù)
#include <LiquidCrystal_I2C.h>  //導(dǎo)入LCD顯示屏庫(kù)
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2);  //實(shí)例化一個(gè)名為“l(fā)cd”的對(duì)象，并且內(nèi)部有三個(gè)參數(shù)
                                   //分別為（I2C通信地址，顯示列數(shù)，顯示行數(shù)）
void setup()
{
  lcd.init();  //顯示屏初始化
  lcd.backlight();  //開(kāi)啟顯示屏背光
  lcd.setCursor(0,0);  //設(shè)置顯示光標(biāo)位置（列，行）
  lcd.print("Hello, world!");  //顯示字符
  lcd.setCursor(0,1);  //在第一列，第二行開(kāi)始顯示
  lcd.print("Successful!");  //顯示字符
}
void loop()
{
}

將以上程序上傳，并觀察是否顯示了兩行字符，分別是“Hello, world!”及“Successful!”；接下來(lái)對(duì)部分代碼塊進(jìn)行解釋：
1.“#include <Wire.h>”為導(dǎo)入I2C通信庫(kù)。
2.“#include <LiquidCrystal_I2C.h>”為導(dǎo)入本程序使用的基于I2C通信協(xié)議的LCD顯示屏庫(kù)。
3.“LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2)”為實(shí)例化了一個(gè)名為“l(fā)cd”的對(duì)象，并規(guī)定了LCD的I2C地址“0x27”，以及顯示屏顯示的列行數(shù)。
其他的代碼作用均已在程序中進(jìn)行了注釋解釋，則不再贅述。

四、完成超聲波測(cè)距

 
按照上圖將“SR04超聲波傳感器”及“LCD1602顯示屏”與Arduino板進(jìn)行連接；“Trig”與數(shù)字端口D5連接，“Echo”與數(shù)字端口D4連接，LCD顯示屏的引腳連接到IIC區(qū)域；然后完成以下程序：

//此程序功能為將超聲波傳感器測(cè)得的數(shù)值使用LCD進(jìn)行顯示
//并且在2cm-450cm內(nèi)正常顯示，超出范圍則輸出錯(cuò)誤提示
#include<HCSR04.h>  //導(dǎo)入超聲波SR04庫(kù)
#include<Wire.h>  //導(dǎo)入I2C通信庫(kù)
#include<LiquidCrystal_I2C.h>  //導(dǎo)入LCD顯示屏庫(kù)
LiquidCrystal_I2C  lcd(0x27,16,2);  //聲明使用LCD庫(kù)的對(duì)象
HCSR04 ultrasonic(5,4);  //聲明一個(gè)對(duì)象，其名為ultrasonic（自定義的名稱）
                      //4號(hào)為“Echo”，5號(hào)為“Trig”
void setup()      
{
  lcd.init();  //顯示屏初始化
  lcd.backlight();  //開(kāi)啟LCD顯示屏背光
  pinMode(4,INPUT); //Echo引腳
  pinMode(5,OUTPUT); //Trig引腳
}
int distance;  //定義一個(gè)變量用于存儲(chǔ)超聲波測(cè)量的數(shù)值
void loop()
{
  distance = ultrasonic.dist();  //將超聲波測(cè)得的數(shù)值賦值給變量
  if(distance >= 2 && distance <= 450)  //判斷測(cè)得數(shù)值是否在測(cè)量范圍內(nèi)
  {
    lcd.setCursor(0,0);  //設(shè)置LCD顯示光標(biāo)位置
    lcd.print(distance);  //使用LCD顯示屏顯示distance的數(shù)值
    lcd.print(" cm");  //顯示單位“cm”
    delay(200);  //延時(shí)200毫秒
    lcd.clear();  //LCD顯示屏清屏，用于顯示下一個(gè)數(shù)值
  }
  else  //如果超出范圍
  {
    lcd.print("Wrong!");  //輸出“Wrong！”
    delay(200);
    lcd.clear();
  }
}

上述程序是對(duì)超聲波傳感器及LCD顯示屏的綜合應(yīng)用，并且使用了“if判斷”，其代碼塊的作用均已標(biāo)柱到代碼區(qū)域，不再詳細(xì)解釋。
將上述代碼進(jìn)行上傳，并測(cè)試是否可實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距功能。

五、總結(jié)

本章使用SR04超聲波傳感器結(jié)合LCD液晶顯示屏來(lái)實(shí)現(xiàn)了超聲波測(cè)距的功能；并且對(duì)于超聲波傳感器及顯示屏都需要調(diào)用相應(yīng)的庫(kù)文件進(jìn)行控制，這里需要注意的是一定要使用正確的庫(kù)文件，因?yàn)楦黝愑布�的�?kù)文件均來(lái)自于不同的開(kāi)發(fā)者，不同的開(kāi)發(fā)者貢獻(xiàn)的庫(kù)會(huì)存在庫(kù)文件名稱及方法名不同的情況，當(dāng)然理論上不同的庫(kù)文件都能實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的控制，所以最好使用與本文相同的庫(kù)文件。完成本章的超聲波測(cè)距功能之后，不妨聯(lián)想汽車(chē)的倒車(chē)?yán)走_(dá)原理，其功能也是可以通過(guò)Arduino平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，后續(xù)還會(huì)帶來(lái)更多硬件的使用方法及組合成完整功能的教學(xué)。