2023年12月12日发(作者：好的笔记本电脑推荐)

Arduino 超声波测距教案

教学内容 Arduino 超声波测距

教学目的 掌握超声波传感器工作原理，会搭建硬件电路和编写软件程序。

教学重点 超声波传感器的工作流程如何用程序表达。

教学难点 四位数码管如何实现动态显示。

学时 理论：2 上机：2

教学方法 演示法、实践法、任务驱动法。

教学教具 多媒体、arduino、超声波传感器。

Arduino 超声波测距

输入设备连线

超声波传感器

测量程序

输出设备连线

四位数码管

动态显示程序

板书设计

教学过程

同学们请看这张图片，这是vivo x21手机，大家都听过，大街上、电视上到处都是它的广告，有哪个同学知道它有一项独创领先的功能吗？是屏幕指纹解锁功能，那屏幕指纹解锁功能，主要采用了什么技术还实现了呢？这就是我们这节课要学习的超声波测距技术，这款手机课程导入 呢，主要是用手机内置的，超声波传感器，向外发射超声波，那这款手机的超声波传感器可以穿透玻璃，打在我的手指上，然后反射回去，能够扫描探测出，我们手指细微的凹凸不平，绘制出我们的指纹，进行解锁，那这节课就一起来揭开vivo x21手机屏幕指纹解锁背后的秘密---超声波测距技术。

一、什么是超声波

首先我们要了解一下什么是超声波，我们人能够听到的声音的震动主要内容

频率是从20赫兹到2万赫兹之间，那么高于2万赫兹以上的声音呢，我们认识听不到的，超出了的我们人听力范围，那么这种声音那就叫做超声波，超声波具有传播距离远、指向性好、能量损耗小的特点，因而超声波传感器经常用于距离的测量，比如b超，是常见的一个超声测距1 / 3 的例子。

二、采用的超声波传感器

本次实验，我们用到的是SR04超声波传感器，测量的范围内是从两厘米到四米的测量范围，能够达到毫米级的分辨率。大家猜猜猜的价格多少？200太高了，50也太高了，还是太高了，在淘宝上啊，只需要五块钱左右，价格我们就可以买得到，性价比极高，它还经常用在机器人上啊，作为机器人能够避开障碍物的一双慧眼，这款传感器能有四根线，一根是电源，一根是负极，还有两根，一个是数据，一个是信号，它一共两个探头，一个探头那是向外发射超声波，另一个探头那是接收超声波。

三、超声波传感器接线

超声波是如何工作的呢，那现在我们就把短小精干的传感器和我们短小精干的arduino计算机相连吧！接法如图，电源线跟地线和计算机的电源线的地线相连，从计算机上获得电力支持，其他两根线分别接在我们的计算机的输入输出上。

四、超声波传感器工作流程

线接好了，我们来了解一下超声波传感器是如何工作的，首先的计算机要先给传感器一个十微秒的高电平信号，传感器收到这个信号就开始工作了，这个10微秒的高电瓶信号呢，就是，计算机和传感器交流的一种语言，就相当于运动员赛跑，听到枪声就开始跑，一样，这个高电平就是计算机给超声波下达的启动的指令，传感器收到这段指令后就开始工作了，向外发射超声波，超声波碰到障碍物的时候就会反弹回来，反弹回来后，传感器的接收端接受了这段反弹回来的超声波信号，传感器的数据引脚，就会发出一段高电平，并且它的持续时间，就是我们超声波发射发射到反弹收到，这一系列过程中所耗费的时间，那么有了时间，我们能不能得出超声波传感器测距离呢？答案是肯定的，大家都知道距离等于时间乘以速度，声音的速度在空已知的340米每秒吧！距离等于时间乘以0.0172，现在的我们就把线接好，等线接好了，就可以工作了吗，当然不能因为现在的我们，超声波传感器的硬件，线路接好了以后相当于我们人的身体，但是呢，没有思想没有思维，能工作吗，当然不能老是死的不是活的，现在，必须要给它赋予思想和思维，怎样给机器赋予思想思维呢，这就得我们编写软件程序，他才能够动起来，才是一活机器，我给大家演示一下，能不能测到距离？

四、测距值通过数码管动态显示

现在呢，通过电脑，就可以收到超声波测到的距离，那么现在我们的超声波测距仪就做好了吗，当然没有，因为我们总不能每次测量距离的时候都带上一个这么大的一个电脑吧，携带起来太不方便了，所以我们得给我们的，超声波测距仪，能装上一个小巧的，显示器。数码管就2 / 3 是专门用于显示数字的，小巧的，显示器，数码我们上节课学过，我们学到的是一位数码管，也就是说用8盏Led小灯，这8盏LED正确的组合这若干小灯的亮灭就可以显示出1、2、3、4、5、6、7、8、9、0和小数点，那么我们要做这个测距仪至少要有三个数码管才能够进行显示对吧，因为我们要显示的距离是从两厘米到四米，2cm至400cm，20mm至4000mm四位数码管足够用了。我们前面和大家一起学习了一位数码管，一位数码管需要有八根线，那么四个数码管需要多少根针是32根吗？如果是32的话，怎么和arduino相连呢，我们计算机可以用到的，输入接口只有20个，显然如果这样的话，我们计算机不够来接的，实际上的我们这个四位数码管里面的接线是这样子的啊，每一个数码管对应的led灯，他们的正极的是连在一起的，为了方便的我们给大家看一个两位数码管的接线图，我看这两个数码管是不是他们对应位置的led小灯他们的正极是在一起的？有些同学一定要问了那么如果两个数码管家在一起，那么他们同时是不是显示内容是一样的？那怎么样才能让他们独立的显示？我们可以将数码管的负极进行控制啊！比如说现在我要是两个数码管要显示12，我让arduino计算机的输出来控制左边的数码管的负极，此时输出负电，然后让右边的加正电呢我想led小灯两头都是正点，他是不是就不亮了？好了，我们看现在这两个数码管上是不是只有左边亮？右边的左边的数码管不显示了？那么下一个时间，我让左边的数码管的公共端带正电，右边的数码管公共端加负电，然后让这五个led的正极带正电，其他没有，现在我是不是可以让他显示出一个2了？那现在是不是可以让两个数码管不显示同样的内容显示不一样的内容？但是聪明同学会发现的确可显示不同数字，但是不是在同时，那么，的确啊，现在的我们显示的是，不是同时显示的是前一个时刻是1，最后一个时刻是2，那怎么样，他看上去是同时呢，方法就是我们来加快显示的切换时间，好了，现在的我给大家，把数码管装在Arduino计算机上，给大家演示一下如何切换时间，我们先把切换时间调成一秒，不要看一下是不是我们看到确实是123这样的显示？那么现在我加快切换时间，改成100毫秒，大家再看下效果，是不是还能看到闪烁？那么接下来我再把切换时间调成十毫秒，大家再看一下，是不是奇迹发生了？不闪了，好了，我们同学们再把这两段程序，发挥自己的聪明才智组合起来那么就会变成一个超声波测距仪。

这节课我们学习了如何制作一个超声波测距仪，包括输入设备超声波传感器的搭建和编程，还有输出设备数码管的搭建和编程。大家会发教学小结

现造机器其实并没有那么难，请同学们保持好奇心，发挥想象力。动手去创造自己的超声波机器吧！

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