背景

最近買的一堆傳感器到貨了，先來把玩一下超聲波測距傳感器。超聲波傳感器一般用于機器人，小車的避障，物體的測距，液位檢測，停車檢測等領域。

知識回顧

開始之前我們先復習一下高中的物理知識。

通過上圖的原理圖，又已知聲波速度，這里取 340 m/s （空氣中的音速在1個標準大氣壓和15℃的條件下約為340m/s）。

那么，我們通過記錄發射時間和接收時間，計算出間隔，然后距離根據（聲波速度 * 時間間隔）/ 2 就可以得到。

模塊介紹

我使用這個模塊是寬壓的 3.3v -5 v，探測距離：2cm-450cm，有2cm的超近盲區。精度0.3cm。

使用的方式也很簡單，一個控制口發出一個10US以上的高電平，就可以在接收口等待高電平輸出。一有輸出就記錄一個開始時間，當此口變為低電平時再記錄一個結束時間，他們的間隔時間就為此次測距的時間，根據公式便可算出距離。

接線測試

在這里我用的 Jetson TX2 開發版套件測試，針腳使用的 38，和40。

38腳連 Trig ，設為輸出模式；40 腳連 Echo，設為輸入模式。

其上還連接了 I2C 設備，一個SSD1306 OLED 顯示屏，作為后續的距離展示，更詳細的介紹可以看我之前的文章《使用.Net驅動Jetson Nano的OLED顯示屏》。

上圖因為沒找到 TX2 的圖片所以用的 Nano。樹莓派，Nano 和 TX2 的物理引腳功能一樣，只是 PCM 編碼和 GPIO 的編號是不一樣的，代碼有的情況下需要調整，后續會講到。

接好線，我們先快速用 Python 驗證下原理。

import RPi.GPIO as GPIO
import timeTRIG_PIN = 38
ECHO_PIN = 40def main():GPIO.setmode(GPIO.BOARD)GPIO.setup(TRIG_PIN, GPIO.OUT)GPIO.setup(ECHO_PIN, GPIO.IN)print("Demo running. Press CTRL+C to exit.")try:while True:time.sleep(1)distance = StartModule()print("Distance: {}cm".format(distance))finally:GPIO.cleanup()def StartModule():# 發送 trig 信號，持續 10us 的方波脈沖GPIO.output(TRIG_PIN,GPIO.HIGH)# 單位為 s ，10us 需轉換time.sleep(0.00001)GPIO.output(TRIG_PIN,GPIO.LOW)#等待低電平結束，記錄時間while GPIO.input(ECHO_PIN) == GPIO.LOW:passpulse_s = time.time()#等待高電平結束，再次記錄時間while GPIO.input(ECHO_PIN) == GPIO.HIGH:passpulse_e = time.time()# 測得距離(單位:m)  =  (pulse_end - pulse_start) * 聲波速度 / 2 return round((pulse_e - pulse_s) * 17000,2)if __name__ == '__main__':main()

.NET 實現

.NET IoT 庫由兩個 NuGet 包組成：

?System.Device.Gpio?Iot.Device.Bindings

System.Device.Gpio?支持使用各種協議來與低級別硬件引腳交互，以控制設備。我編寫的?Sang.IoT.SSD1306?就使用了這個庫。

Iot.Device.Bindings?提供了各種常用的設備綁定，當然里面其實也是有 SSD13xx 的，如果不是想了解原理，可以不用重復造輪子，先前往支持的設備文檔^[1]里面查詢。

1.新建項目

dotnet new console -o ultrasonic

2.進入項目目錄

cd ultrasonic

3.安裝依賴庫

dotnet add package Iot.Device.Bindings

4.修改代碼

using System;
using System.Device.Gpio;
using System.Threading;
using Iot.Device.Hcsr04;
Console.WriteLine("Test sensor. Press Ctrl+C to end.");
// 此處注意 使用的是TX2設備，其他設備需查閱轉換
int TRIG_GPIO = 394; //Pin 38
int ECHO_GPIO = 393; //Pin 40using var controller = new GpioController();
using var sensor = new Hcsr04(controller,TRIG_GPIO,ECHO_GPIO);while (true)
{if(sensor.TryGetDistance(out _)){Console.WriteLine($"Distance: {sensor.Distance}");}Thread.Sleep(1000);
}

5.運行測試

dotnet run

以上便是 .NET 中的實現，如果你想驗證下驅動原理，可以自行嘗試用 .NET 編碼實現。

這里需要注意的是，傳入的 triggerPin 和 echoPin 是所用設備的 GPIO 編號，不是物理的針腳號，需要查閱資料獲取。

針對本案例，使用的 38 和 40針腳，在樹莓派中 GPIO 編號分別是 20和21，在 Jetson Nano 中分別是 77和78 ，在 Jetson TX2 中分別是 394和393。

接入顯示屏

基于以上代碼，我們引入包Sang.IoT.SSD1306。

dotnet add package Sang.IoT.SSD1306

修改代碼

using System;
using System.Device.Gpio;
using System.Threading;
using Iot.Device.Hcsr04;using Sang.IoT.SSD1306;
using SkiaSharp;Console.WriteLine("Test sensor. Press Ctrl+C to end.");// 此處注意 使用的是TX2設備，其他設備需查閱轉換 
int TRIG_GPIO = 394; //Pin 38
int ECHO_GPIO = 393; //Pin 40using var controller = new GpioController();
using var sensor = new Hcsr04(controller,TRIG_GPIO,ECHO_GPIO);// 顯示準備
using var oled = new SSD1306_128_64(1);SKPaint paint = new SKPaint() { Color = new SKColor(255, 255, 255),StrokeWidth = 1,TextSize = 13,Style = SKPaintStyle.Fill,
};oled.Begin();
oled.Clear();while (true)
{if(sensor.TryGetDistance(out _)){Console.WriteLine($"Distance: {sensor.Distance}");// OLED 顯示using(var bitmap = new SKBitmap(128, 64, true)){SKCanvas canvas = new SKCanvas(bitmap);paint.TextSize = 13;canvas.DrawText(DateTime.Now.ToString(), 0, 13, paint);paint.TextSize = 30;canvas.DrawText(sensor.Distance.ToString(), 0, 50, paint);oled.Image(bitmap.Encode(SKEncodedImageFormat.Png, 100).ToArray());}oled.Display();}Thread.Sleep(1000);
}

最終效果如下：

References

[1]?支持的設備文檔:?https://github.com/dotnet/iot/blob/main/src/devices/README.md