一、超声波

1、模块介绍

简介：
超声波传感器模块上面通常有两个超声波元器件，一个用于发射，一个用于接收。
在这里插入图片描述
硬件:
电路板上有4个引脚：
VCC（正级）
Trig（触发）
Echo（回应）
GND（接地-负极）

主要参数：

工作电压与电流：5V、15mA
感测距离：2~400cm
感测角度：不大于15°
被测物体的面积：不要小于50cm²，且尽量平整
具备温度补偿电路

在超声波模块的触发脚位输入10微秒以上的高电位，即可发射超声波，发射超声波之后，与接收到传回的超声波之前，“响应”脚位呈现高电位。因此，程序可以从“响应”脚位的高位脉冲持续时间，换算出被测物的距离。

2、工作原理

在这里插入图片描述
触发信号（Trig）：我们从图中可以看出这个引脚有一个持续10微秒的高电平，从而激发T发波
模块内部发出的信号：这个就是Trig所发出的波的具体形状
输出回响信号（Echo）：在Trig引脚发波的过程中，Echo一直维持高电平状态，从而得出波在空气中跑的时间

白话来说：
T（发波），R（接受）
先给 Trig 引脚发送一个 10us（微秒）的 TTL（高电平）
T就可以发波了，发出的是循环 8 个 40KHz 的脉冲
波发出去后，Echo 引脚就会一直维持高电平，也就是说波在空中传播的过程是一直维持高电平
那么就可以根据Echo 引脚的高电平维持时间，超声波在空气中的物理性质的传输速度，就可以算出障碍物跟发波点的距离
即超声波能在空气中1秒能跑多远，那么就可以通过Echo 引脚的高电平维持时间，换算距离了

二、gettimeofday函数

作用：
把得到从1970年1月1日0时0分0秒到现在的秒数返回到第一个参数指向的结构体中，第二个参数是关于时区，如果不用，填入NULL，简单的说就是获取时间。

函数原型：

#include <sys/time.h>
int gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz);
int settimeofday(const struct timeval *tv, const struct timezone *tz);

参数介绍：
函数的参数为两个结构体指针
tv：是保存获取时间结果的结构体
tz：用于保存时区结果

timeval结构体：

struct timeval {
    time_t      tv_sec;     /* seconds */
    suseconds_t tv_usec;    /* microseconds */
};

timezone结构体：

struct timezone {
    int tz_minuteswest;     /* minutes west of Greenwich */
    int tz_dsttime;         /* type of DST correction */
};

如果不用timezone结构体，若不使用，tz则传入NULL即可。

返回值：
若成功，返回0
若出错，返回-1，错误代码存于errno

三、树莓派控制超声波测距

代码：

#include <wiringPi.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/time.h>
#define Trig    4
#define Echo    5

void ultraInit(void)
{
        pinMode(Echo, INPUT);  //设置端口为输入
        pinMode(Trig, OUTPUT);  //设置端口为输出
}

float disMeasure(void)
         * {

        struct timeval tv2;
        long start, stop;
        float dis;

        digitalWrite(Trig, LOW);
        delayMicroseconds(2);

        digitalWrite(Trig, HIGH);
        delayMicroseconds(10);      //发出超声波脉冲
        digitalWrite(Trig, LOW);

        while(!(digitalRead(Echo) == 1));
        gettimeofday(&tv1, NULL);           //获取当前时间 开始接收到返回信号的时候

        while(!(digitalRead(Echo) == 0));
        gettimeofday(&tv2, NULL);           //获取当前时间  最后接收到返回信号的时候
        /*
         * int gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz);
         * */
        start = tv1.tv_sec * 1000000 + tv1.tv_usec;   //微秒级的时间
        stop  = tv2.tv_sec * 1000000 + tv2.tv_usec;

        dis = (float)(stop - start) / 1000000 * 34000 / 2;  //计算时间差求出距离

        return dis;
}

int main(void)
{
        float dis;

        if(wiringPiSetup() == -1){ //如果初始化失败，就输出错误信息 程序初始化时务必进行
                printf("setup wiringPi failed !");
                return -1;
        }

        ultraInit();

        while(1){
                dis = disMeasure();
                printf("distance = %0.2f cm\n",dis);
                delay(1000);
        }
        
        return 0;
}

分析：
1、delayMicroseconds (unsigned int howLong)
将线程暂停指定的微秒数（1000微妙=1毫秒=0.001s），Linux是多线程的，所以实际暂停的秒数可能比设置的更多一些。

2、根据返回的秒数计算出微秒数
startTime = tv1.tv_sec * 1000000 + tv1.tv_usec;
stopTime = tv2.tv_sec * 1000000 + tv2.tv_usec;

前面说到timeval结构体中含有两个成员，tv_sec表示的是秒数，1秒=1 000 000微妙，第二个参数tv_usec表示的就是微秒数，所以通过这两个式子我们就可以求出开始和结束时的微秒数，然后做差即可得到超声波传递所使用的时间。

tv1.tv_sec单位是秒，乘1 000 000表示微秒，再加上后面的微秒数就是超声波的时间。

3、根据时间计算距离
(stopTime - startTime) / 1000000 * 34000 / 2;
因为stopTime和startTime原本表示的微妙，所以做差之后除1 000 000是将单位换算为秒。因为声音是在空气中传播，所以取声音的速度为340m/s=340 00cm/s，因为超声波测距的误差较小的范围为200-300cm，所以这里用cm表示。

结果：
在这里插入图片描述
参考：
1、超声波模块笔记
2、gettimeofday函数及超声波测距