超声波雷达
1.1 项目介绍
蝙蝠飞行与获取猎物是通过回声定位的。回声定位：某些动物能通过口腔或鼻腔把从喉部产生的超声波发射出去，利用折回的声音来定向，这种空间定向的方法称为回声定位。科学家们从蝙蝠身上得到的启示发明了雷达，即雷达的天线相当于蝙蝠的嘴,而天线发出的无线电波就相当于蝙蝠的超声波,雷达接收电波的荧光屏就相当于蝙蝠的耳朵。
这一课我们就来学习制作一个简易雷达。将HC-SR04 超声波传感器、8002b功放 喇叭模块、共阴RGB模块和TM1650四位数码管模块组合实验，利用距离大小控制功放喇叭模块模块响起对应频率的声音、RGB亮起对应颜色，然后把这个距离显示在四位数码管上。这样就搭建好了一个简易的超声波雷达系统。
1.2 实验组件
ESP32 Plus主板 x1
HC-SR04 超声波传感器 x1
Keyes 超声波转接模块 x1
Keyes 8002b功放 喇叭模块 x1
Keyes 共阴RGB模块 x1
Keyes TM1650四位数码管模块 x1
XH2.54-3P 转杜邦线母单线 x1
XH2.54-4P 转杜邦线母单线 x3
USB线 x1
1.3 模块接线图
1.4 在线运行代码
打开Thonny并单击1303，然后单击"此电脑"。
选中"D:\代码"路径，打开代码文件''lesson_33_Ultrasonic_radar.py"。
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from machine import Pin, PWM
import utime
### TM1650的定义
ADDR_DIS = 0x48 #mode command
ADDR_KEY = 0x49 #read key value command
### 亮度的定义
BRIGHT_DARKEST = 0
BRIGHT_TYPICAL = 2
BRIGHTEST = 7
on = 1
off = 0
### number:0~9
NUM = [0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f]
DIG = [0x6e,0x6c,0x6a,0x68]
DOT = [0,0,0,0]
clkPin = 22
dioPin = 21
clk = Pin(clkPin, Pin.OUT)
dio = Pin(dioPin, Pin.OUT)
DisplayCommand = 0
def writeByte(wr_data):
global clk,dio
for i in range(8):
if(wr_data & 0x80 == 0x80):
dio.value(1)
else:
dio.value(0)
clk.value(0)
utime.sleep(0.0001)
clk.value(1)
utime.sleep(0.0001)
clk.value(0)
wr_data <<= 1
return
def start():
global clk,dio
dio.value(1)
clk.value(1)
utime.sleep(0.0001)
dio.value(0)
return
def ack():
global clk,dio
dy = 0
clk.value(0)
utime.sleep(0.0001)
dio = Pin(dioPin, Pin.IN)
while(dio.value() == 1):
utime.sleep(0.0001)
dy += 1
if(dy>5000):
break
clk.value(1)
utime.sleep(0.0001)
clk.value(0)
dio = Pin(dioPin, Pin.OUT)
return
def stop():
global clk,dio
dio.value(0)
clk.value(1)
utime.sleep(0.0001)
dio.value(1)
return
def displayBit(bit, num):
global ADDR_DIS
if(num > 9 and bit > 4):
return
start()
writeByte(ADDR_DIS)
ack()
writeByte(DisplayCommand)
ack()
stop()
start()
writeByte(DIG[bit-1])
ack()
if(DOT[bit-1] == 1):
writeByte(NUM[num] | 0x80)
else:
writeByte(NUM[num])
ack()
stop()
return
def clearBit(bit):
if(bit > 4):
return
start()
writeByte(ADDR_DIS)
ack()
writeByte(DisplayCommand)
ack()
stop()
start()
writeByte(DIG[bit-1])
ack()
writeByte(0x00)
ack()
stop()
return
def setBrightness(b = BRIGHT_TYPICAL):
global DisplayCommand,brightness
DisplayCommand = (DisplayCommand & 0x0f)+(b<<4)
return
def setMode(segment = 0):
global DisplayCommand
DisplayCommand = (DisplayCommand & 0xf7)+(segment<<3)
return
def displayOnOFF(OnOff = 1):
global DisplayCommand
DisplayCommand = (DisplayCommand & 0xfe)+OnOff
return
def displayDot(bit, OnOff):
if(bit > 4):
return
if(OnOff == 1):
DOT[bit-1] = 1;
else:
DOT[bit-1] = 0;
return
def InitDigitalTube():
setBrightness(2)
setMode(0)
displayOnOFF(1)
for _ in range(4):
clearBit(_)
return
def ShowNum(num): #0~9999
displayBit(1,num%10)
if(num < 10):
clearBit(2)
clearBit(3)
clearBit(4)
if(num > 9 and num < 100):
displayBit(2,num//10%10)
clearBit(3)
clearBit(4)
if(num > 99 and num < 1000):
displayBit(2,num//10%10)
displayBit(3,num//100%10)
clearBit(4)
if(num > 999 and num < 10000):
displayBit(2,num//10%10)
displayBit(3,num//100%10)
displayBit(4,num//1000)
pwm_r = PWM(Pin(4))
pwm_g = PWM(Pin(32))
pwm_b = PWM(Pin(33))
pwm_r.freq(1000)
pwm_g.freq(1000)
pwm_b.freq(1000)
def light(red, green, blue):
pwm_r.duty(red)
pwm_g.duty(green)
pwm_b.duty(blue)
#超声波测距，单位:厘米
def getDistance(trigger, echo):
# 产生10us方波
trigger.value(0) #事先给一个短的低电平，以确保一个干净的高脉冲;
utime.sleep_us(2)
trigger.value(1)
utime.sleep_us(10)#拉高后，等待10微秒，立即调低
trigger.value(0)
while echo.value() == 0: #建立while循环，检测回波引脚值是否为0，并记录此时的时间
start = utime.ticks_us()
while echo.value() == 1: #建立while循环，检查回波引脚值是否为1，并记录此时的时间
end = utime.ticks_us()
d = (end - start) * 0.0343 / 2 #声波的传播时间x声速(343.2 m/s, 0.0343 cm/微秒)，再除以来回距离2
return d
### 设置引脚
trigger = Pin(13, Pin.OUT)
echo = Pin(12, Pin.IN)
buzzer = PWM(Pin(2))
def playtone(frequency):
buzzer.duty(1000)
buzzer.freq(frequency)
def bequiet():
buzzer.duty(0)
### 主程序
InitDigitalTube()
while True:
distance = int(getDistance(trigger, echo))
ShowNum(distance)
if distance <= 10:
playtone(880)
utime.sleep(0.1)
bequiet()
light(1023, 0, 0)
elif distance <= 20:
playtone(532)
utime.sleep(0.2)
bequiet()
light(0, 0, 1023)
else:
light(0, 1023, 0)1.5 实验结果
按照接线图正确接好模块，用USB线连接到计算机上电，单击 
来执行程序代码。代码开始执行，当超声波传感器检测到障碍物距离范围在10cm 以内时，RGB LED灯亮红色，并将检测到障碍物的距离显示在四位数码管上。同时8002b功放 喇叭模块发出频率较快的声响，起到提示的作用。
当超声波传感器检测到障碍物距离范围在10cm ~ 20cm 以内时，RGB LED灯亮绿色，并将检测到障碍物的距离显示在四位数码管上。同时8002b功放 喇叭模块发出声响，起到提示的作用。
当超声波传感器检测到障碍物距离范围在20cm 以外时，RGB LED灯亮蓝色，并将检测到障碍物的距离显示在四位数码管上。
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