Raspberry Pi Pico与HC-SR04实现超声波测距

HC-SR04是一款常用的超声波距离传感器，通常被用于测量物体的距离。其工作原理是通过发射超声波脉冲，然后测量这些脉冲从物体反射回来的时间，从而计算出距离。HC-SR04传感器能够以较低成本提供非接触式距离测量，测量范围为2cm到400cm，测量角度为15度，因此适用于多种距离测量场景。 Raspberry Pi Pico是一款基于RP2040微控制器的低成本开发板，由Raspberry Pi基金会推出。Pico以其灵活的I/O，双核心ARM Cortex-M0+处理器，以及对C/C++编程语言的原生支持而受到开发者们的青睐。 标题中提到的“PIO”指的是“Programmable IO”，即可编程输入输出。Raspberry Pi Pico的RP2040微控制器包含两个PIO状态机，它们能够实现对高精度和高效率要求的外设进行控制。PIO与传统的GPIO（通用输入输出）相比，能够处理更复杂的协议和时序敏感任务，非常适合像HC-SR04这样的传感器进行精确控制。 HC-SR04与Raspberry Pi Pico结合使用时，主要涉及到对HC-SR04的Trig（触发）和Echo（回声）引脚的操作。以下是使用Raspberry Pi Pico对HC-SR04进行距离测量的关键知识点： 1. **传感器工作电压**：HC-SR04通常使用5V工作电压，但Raspberry Pi Pico的默认工作电压是3.3V。因此，直接连接可能会损坏HC-SR04。解决方法有：使用电压转换器或电阻分压器来降低HC-SR04的Trig引脚输入电压，或通过外部电路来隔离和调节电压。 2. **脉冲信号控制**：HC-SR04的测量过程需要在Trig引脚上产生一个至少10微秒的高电平脉冲。然后，Echo引脚会输出一个与距离成正比的高电平脉冲。通过测量Echo引脚的脉冲宽度，可以计算出距离。 3. **PIO编程基础**：要使用PIO来控制HC-SR04，需要编写一组状态机程序，该程序能够控制PIO的输出引脚产生准确的脉冲宽度，并能够读取Echo引脚上的脉冲宽度。这种方法比使用GPIO更为高效和灵活。 4. **代码实现的逻辑**：当开始测量时，首先在Trig引脚上输出高电平，维持10微秒，然后将Trig引脚设置为低电平。紧接着，设置PIO状态机来监测Echo引脚，当Echo引脚为高电平时开始计时，当回到低电平时停止计时，此时记录的时间即为回波脉冲的宽度。 5. **算法中的定时**：为了确保测量的准确性，测量完一次后需要至少等待60毫秒，以避免因前次测量产生的回声干扰新的测量结果。测量定时分为两部分，首先是产生触发脉冲的延迟，其次是测量回声脉冲长度的时间。 6. **C++编程**：虽然具体的PIO代码实现细节会涉及到汇编语言级别的编写，但底层的逻辑控制和业务逻辑会使用C++语言进行编写。C++具有强大的功能和灵活性，适合于处理复杂的数据结构和运算。 7. **数据处理**：通过测量到的Echo脉冲宽度，可以通过声速（在常温常压下约为340m/s）计算出距离。距离的计算公式为：距离 = (回波时间 * 声速) / 2。这是因为声音需要从发射点传到物体，然后再从物体反射回来，所以是回波时间的一半。 文件名称列表中的“HC-SR04-main”可能表示这是一个包含主要功能实现的文件夹或文件，用于展示如何使用Raspberry Pi Pico的PIO来操作HC-SR04传感器。开发者需要利用该文件中的代码和逻辑来完成距离测量的功能实现。 最后，移至新存储库的建议是出于对开源项目的维护和更新考虑，确保用户能够获取到最新的代码和改进，有助于保持项目的活跃性和成长性。