{
 "cells": [
  {
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   "metadata": {},
   "source": [
    "# 超声波距离探测"
   ]
  },
  {
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   "metadata": {},
   "source": [
    "**什么是声纳**   \n",
    "\n",
    ">声纳是一种利用声波在介质中的传播特性，通过电声转换和信息处理，完成探测和通讯任务的电子设备。它有主动式和被动式两种类型，属于声学定位的范畴。\n",
    "\n",
    "我们通常见到的声纳装置多用于水下通信水下探测，因为我们知道声音的传播是依靠介质的震动，而硬度越大的媒介更易传播震动，所以在水中声音的传播要远比空气中快（标准温度下，水中传输速率在1500m/s，空气中传输速率在340m/s）。而更多的应用到我们生活中的是以空气为介质的装置，比如汽车上的倒车雷达，它虽比在水中的传输速度远慢，但足以够我们的生活需要了，毕竟没谁每天超音速的跑。  \n",
    "\n",
    "今天我们采用的HC-SR04传感器，是工作于空气当中的。  "
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "**HC-SR04**  \n",
    "\n",
    "    HC-SR04是一款集成的性价比高的超声波测距模块，通常量程在2cm--2m，量程主要收到噪声的影响，随着距离增长回声的能量减小，回声的相位变得复杂难以识别，而距离较近的时候，多次反射回声的能量依旧够强，也就造成了信号的难以辨识，所以信号处理通常情况下也是传感器量程精度的一大限制。\n",
    "    \n",
    "![](http://img.blog.csdn.net/20160514191012711)\n",
    "通常买到的模块及是这样子的。。"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "**引脚描述**  \n",
    "\n",
    "它有四个引脚，分别是Vcc Trigger Echo Gnd。  \n",
    "接法：  \n",
    "Vcc---5V  \n",
    "Trigger---D12  \n",
    "Echo---D11  \n",
    "Gnd---Gnd  \n",
    "\n",
    "其中，trigger为信号触发器，通常是芯片给模块发出一个至少10us时常的高平电位信号来触发，随后模块内部会激荡起一组8周期的40kHz的信号来激励超声波，预测同时模块在echo端产生一个高电平信号，直到收到回声信号转为低平电信号，整个过程中芯片只需测量出echo端信号上升沿至下降沿的时间，从而推算出距离。方法是：  \n",
    "$$测量距离=行程时间\\times传输速度\\div2$$\n",
    "$$其中，传输速度就是当地声速，一般就取常值340m/s$$\n",
    "![](http://img.blog.csdn.net/20160514202140483)\n",
    "![](http://img.voidcn.com/vcimg/000/004/794/732_002_bbc.jpg)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "Arduino程序：\n",
    "``` c\n",
    "define echo_Pin 11\n",
    "#define trigger_Pin 12\n",
    "#define factor 58.823 //空气速度340m/s，一个往返行程\n",
    "float temp=0.0;\n",
    "\n",
    "void setup()\n",
    "{\n",
    "  Serial.begin(115200);\n",
    "  pinMode(echo_Pin,INPUT);\n",
    "  pinMode(trigger_Pin,OUTPUT);\n",
    "  digitalWrite(trigger_Pin,LOW);\n",
    "}\n",
    "\n",
    "void loop()\n",
    "{ \n",
    "  digitalWrite(trigger_Pin,HIGH);\n",
    "  delayMicroseconds(10);\n",
    "  digitalWrite(trigger_Pin,LOW);\n",
    "//  int n=0;\n",
    "//  for(int i=0;i<300;i++){\n",
    "//    n += digitalRead(echo_Pin);\n",
    "//    Serial.println(digitalRead(echo_Pin));\n",
    "//  }\n",
    "  temp = pulseIn(echo_Pin,HIGH,10000);//大概量程设置到1米5\n",
    "  if(temp==0)\n",
    "  {\n",
    "    Serial.println(\"over range\"); \n",
    "  }\n",
    "  else\n",
    "  {\n",
    "    Serial.print(\"\\tdistance(cm): \");\n",
    "    Serial.println(temp/factor);\n",
    "  }\n",
    "  pinMode(echo_Pin,OUTPUT);\n",
    "  digitalWrite(echo_Pin,LOW);\n",
    "  delay(100);\n",
    "  pinMode(echo_Pin,INPUT);\n",
    "}\n",
    "```"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "### 问题：为什么一次测量超出量程，随后数次测量都跟着失败？"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "**首先**，这里我们需要说明，通常情况下，大家在使用的时候会发现，当实际距离超出了测量量程时候，系统**返回值为0**。  \n",
    "\n",
    "对于这个问题，我们需要首先了解一下Arduino内置的函数pulseIn(pin,HIGH,TimeOut)，它表示在TimeOut时间之内，测量到引脚pin为高电平的时间（单位为microsecondes）。  \n",
    "\n",
    "这就存在问题了，pulseIn函数既然是测量高电平时间的，那如果整个行程始终LOW或者HIGH怎么办，这样的情况下，我们测量不出来高低变化，于是函数自动返回0。而如果，行程开始是高电平，后来产生低电平，那么此时返回值便从行程开始计时，具体我们看一张贴图：\n",
    "![](http://image.geek-workshop.com/forum/201409/27/220847esfueom1zvu4u8ma.jpg)\n",
    "如果执行 pulseIn(pin, HIGH) 时在 A 点, 刚好是 HIGH 的状态, 就会开始计时, 在 B 点完结, 只计算了一部份的时间 (红线).  \n",
    "\n",
    "如果执行 pulseIn(pin, HIGH) 时在 C 点, 刚好是 LOW 的状态, 就会等到 D 点才开始计时, 在 E 点完结, 可以得到完整的时间 (绿线).  "
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "**其次**，在我们了解了这个情况下，我们要解决这个问题，就得明白模块的运作。。模块echo端是在发出信号时输出高电平，等到收到回传信号才输出低电平，，那么我们就得问了，如果没有回传呢？这里模块就存在了逻辑失误了，它会一直等到有数据时候才调为低电平。而且，我们观察的细致的话，还会发现，当模块出现问题时候，它不在发声，这个声音是内部激振时候电子流动声音。。\n",
    "\n",
    "所以，我们才加入几行代码，将echo端，在一个周期结束时候强行拉低，这样就解决了我们的这个问题。"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": []
  }
 ],
 "metadata": {
  "kernelspec": {
   "display_name": "Python 3",
   "language": "python",
   "name": "python3"
  },
  "language_info": {
   "codemirror_mode": {
    "name": "ipython",
    "version": 3
   },
   "file_extension": ".py",
   "mimetype": "text/x-python",
   "name": "python",
   "nbconvert_exporter": "python",
   "pygments_lexer": "ipython3",
   "version": "3.6.1"
  }
 },
 "nbformat": 4,
 "nbformat_minor": 2
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