【物联网】老程序教你一招，10行代码让超声波模块秒变声控开关
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在本文最后有完整的视频讲解
玩Arduino、树莓派的同学应该很熟悉超声波模块，这个东西不贵（通常在5到10元之间），作用有限，在网上搜索，99%的应用场景都是测量距离。剩下的场景就是一些没什么用的小玩应，例如，将两个超声波模块相对，利用超声波玩悬浮，其实没啥大用。本文就给大家提供一个新的思路，只用10几行代码，就可以将超声波模块改成一个声控开关，用来控制LED以及任何复杂的电子设备。我还利用了这个功能制作了一个基于鸿蒙的“救命SOS”游戏，后面我会写文章来介绍，现在还是先回到本文的主题上来。
先来体验一下基于超声波模块的声控开关：
【Arduino实验室】超声波只能测距？隔空操控LED听说过吗？见证奇迹的时刻！
1. 超声波模块的测距原理
可能有的读者不太熟悉超声波模块，为了不让大家看的一头雾水，先来看一下超声波模块的样子，看起来很萌，有两个像眼睛一样的东西，还有4个针式的管脚。
当然，这个模块发出的超声波很弱，肯定不会像对付浩克那样强的超声波，否则我也不会有命在这里写文章了！
超声波模块测距的原理其实很简单，与测量地球到月亮的距离类似，只是前者使用的是超声波，后者使用的是激光。超声波模块利用了声波在空气中传播速度是340米/秒这一特性（这是一个固定值，就像光的传播速度约等于30万千米/秒一样），然后测量出从发出超声波到接收到返回超声波的时间（就是往返的时间），然后再除以2，就是超声波从A点到B点所需的时间，如果这个值是1000毫秒，那么A到B的距离就是340米，如果是100毫秒，就是34米，以此类推。当然，超声波与激光不同，距离不能太远，一般最多也就测量个几十米，再远可能就不准了。
超声波模块的两个像眼睛一样的东西，一个负责发射超声波，另外一个负责接收返回的超声波。一旦开始发射超声波，就自动启动计时器，接收到返回的超声波就会停止计时，然后通过相应的管脚读取计时器中的时间，经过计算，就可以得到特定单位（米、厘米、毫米）的距离了。下图是超声波发射和接收的时序图。最下面的输出回响信号的时序图凸起的部位，左边设置为高电平，这时等待超声波返回，当接收到返回的超声波后，右边就变成低电平，返回计时器的时间。其实我们需要的时间就是凸起的部位处于高电平的时间（也就是说，超声波模块的某个管脚处于高电平的时间）。
2. 超声波模块如何与Arduino开发板连接
一图顶千言，还是看图说话吧！
这是超声波模块与Arduino开发板的连接图，同时还有一个LED与Arduino开发板相连，其实这里的LED与超声波模块没有任何关系，只是通过由超声波模块改装的声控开关来控制LED。
超声波模块有如下4个管脚：
（1）VCC：接Arduino开发板的5v管脚
（2）Trig：发射超声波的管脚，需要接在数字管脚上，本例接在10号管脚，当10号管脚处于高电平时发射超声波
（3）Echo：接收超声波的关键，需要接在数字管脚上，本例接在9号管脚，当9号管脚处于高电平时，会等待超声波返回，如果接收到超声波，9号管脚就会自动变成低电平，这时会返回计时器中的时间（超声波的往返时间）
（4）GND：接Arduino开发板的GND管脚（接地）
LED很简单，正极接到7号数字管脚，负极接地（GND）
本例将5V接到了面包板上，所以可以将VCC直接接到面包板上。
如果大家不了解面包板的用法，可以看这个视频：
【Arduino实验室】无需编写一行代码，用按键控制LED，Arduino初学者入门首选
3. 先从测距开始
还是先上代码吧！
这段测距代码一共就6行，其实就是先设置trip管脚低电平，然后再设置高电平，让超声波模块发射超声波。然后通过pulseIn函数将echo管脚设置高电平，等待超声波的返回，如果返回，pulseIn函数会返回时间（单位：微秒），本例计算得到的distance的单位是毫米。
看看，是不是很简单呢？
4. 如何将超声波改造成声控开关
测距很容易理解，那么如果将超声波模块变成声控开关呢？其实也并不复杂，这里用了一个技巧和一个状态机的算法，一共也就十几行代码。
测量距离肯定有远近。如300毫米和600毫米肯定是有差距的，肉眼也是可见的，也可以感知到。而这里的声控开关，其实并不是你要大喊一声：芝麻开门。超声波你也发不出，也听不见。这里的声控是指让超声波感知你的存在。
从前面的视频可以看出，将手在超声波模块前滑动，如果手正好在超声波模块的前面，那么测量的距离肯定要小于手不在超声波模块前的距离，其实这就是一个二值逻辑。利用测量距离的变化，可以判断手是否在超声波模块的前面。因此，这里需要设置一个阈值，如果测量的距离小于这个阈值，说明手在超声波模块的前面，如果大于这个阈值，说明手没在超声波模块的前面。
不过这里还有一个问题，由于loop函数是不断循环的，所以如果你的手一直在超声波模块的前面，那么就会一直触发“开”这个动作，因此需要使用状态机来屏蔽这种情况，也就是说，只有上一个状态是“关”时，才会检测当前状态是否为“开”。完整的实现代码如下：
5. 再加一个超声波开关
如果嫌不过瘾，可以再加一个超声波开关，连接方式同上，控制两个超声波开关的代码如下：
这段代码通过一个数字管脚控制多个LED，两个数字管脚控制两组LED。所以首先需要将面包板与数字管脚连接，然后这些LED连接到面包板上，如下图所示。ok，现在可以尽情滴玩耍了。
下面是本文的视频讲解：
【硬核】老程序员教你一招，让超声波模块秒变声控开关！
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