蝙蝠超声波的仿生学应用（如何像蝙蝠一样）

蝙蝠在飞行的时候，能从喉内产生超声波，超声波通过口腔发射出去。当超声波遇到昆虫或者障碍物时，会被反射回来，并能够被蝙蝠耳朵接收到，蝙蝠通过反射回来的超声波不仅能计算出距离，还能通过判断出目标是昆虫还是障碍物。科学家通过对蝙蝠这种探测方法的研究，发明了超声波测距。我们本次课程要介绍的超声波传感器，就是利用这种仿生科学制造的。

全国青少年机器人等级考试三级课程：超声波传感器使用

超声波是振动频率高于20kHz的机械波，频率在人耳能听到的范围之外，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射回波，

超声波传感器（测距）是利用超声波的特性而研制而成的传感器。超声波传感器发出的超声波碰到传感器前面的被障碍物，发射回传感器的接收器，通过计算超声波传播的时间，从而计算出传感器和障碍物之间的距离。

本实验所用超声波传感器，采用双探头（一个探头发射、一个探头接收）焊接在转接板上制成用于测距的模块，是用来测量距离的一种产品，通过发送和收超声波，利用时间差和声音传播速度，计算出模块到前方障碍物的距离。传感器有四个引脚：GND、VCC、Trig、Echo。其中Trig为触发引脚、Echo为数据接收引脚。传感器采用40KHZ超声波。

超声波模块参数：

工作电压：5V 有效探测距离：2Mm~2.5m 感应角度范围：15° 超声波频率：40KHZ

超声波传感器原理

超声波传感器接收到触发信号后，模块自动发出8个40KHZ的方波，同时开始计时并自动监测是否有信号返回，通过记录超声波从开始发送到接收回波间隔，来判断前方障碍物的距离。

超声波传感器时序图

1. Arduino板先向Trig引脚发送一个时长不小于10μs的高电平，触发超声波模块；

2. 触发后，模块会自动发射8个40KHZ的方波，并自动检测是否有信号返回；

3. 如果有信号返回，则通过Echo引脚输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到接收的时间，

超声波传感器和障碍物之间的距离计算公式为：

距障碍物距离= 高电平持续时间 × 340m/s ÷ 2

（音速在不同介质中传播速度是不一致的，其大小因介质的性质和状态而异。空气中的音速在1个标准大气压和15℃的条件下约为340m/秒）

管脚

传感器有四个引脚：GND、VCC、Trig、Echo，VCC接arduino板的5V引脚，GND接arduino板的GND引脚，Trig引脚、Echo引脚分别接两个数字引脚即可。

超声波传感器实物

实物连接如图，采用4p专用连接线，连接arduino板。

实物连接图

从超声波传感器获取测距数据，并通过串口打印出来。

米思齐代码如下：

米思齐代码

运行米思齐代码，从串口监视器打印距离数据，如图：

串口监视器打印距离数据

学结：

1、 学会超声波测距的原理。

2、 串口打印方法监测数据。

3、 了解超声波模块的时序。

我是分享创客知识的行者靖，关注青少年创客教育，关注我，分享创客干货。

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