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说明

本文详细记一下树莓派3B中进行超声波测距的方法。

超声波测距模块：HC-SR04

一共四个引脚：

VCC：超声波模块电源脚，接5V电源即可

Trig：超声波发送脚，高电平时发送出40KHZ出超声波

Echo：超声波接收检测脚，当接收到返回的超声波时，输出高电平

GND：超声波模块GND

主板：树莓派3B

GPIO说明：

利用树莓派的GPIO口进行超声波测距一共有三种方法，分别是Python GPIO，利用C语言的 wiringPi 库，以及C语言的 bcm2835 库，下面就这三种方式分别说明程序编写方法。

Python GPIO

介绍

Python GPIO 是一个小型的 python 库，可以帮助用户完成 raspberry 相关 IO 口操作，但是 python GPIO 库还没有支持 SPI、I2C 或者 1-wire 等总线接口，所以如果要使用这些总线接口的话需要自行编写类或者方法。

安装

2016-03-18-raspbian-jessie 以后的版本都预装了python GPIO，但是为了方便起见，本文仍然介绍一下安装方法，以便未安装这个库的系统使用。

安装命令如下：

#python2安装命令
sudo apt-get install python-dev
sudo apt-get install python-rpi.gpio

#python3安装命令
sudo apt-get install python3-dev
sudo apt-get install python3-rpi.gpio

验证一下：

在命令行中输入python（注意版本，如果写程序用python3则输入python3，否则则是python2）进入python交互式界面，然后再进行如下输入：

import RPi.GPIO as GPIO

如果不报错则说明安装成功。

超声波测距程序

程序如下所示：

import RPi.GPIO as GPIO
import time

Trig = 20 #Trig发送口连的是20口，对应GPIO口的28口
Echo = 21 #Echo接受口连的是21口，对应GPIO口的29口

GPIO.setmode(GPIO.BCM)#这里采用BCM编码方式
GPIO.setup(Trig, GPIO.OUT, initial = GPIO.LOW)
GPIO.setup(Echo, GPIO.IN)

time.sleep(2)

def checkdist():
    while True:
        #发出发信号
        GPIO.output(Trig, GPIO.HIGH)
        time.sleep(0.00015)#发出超声波脉冲,保持15us
        GPIO.output(Trig, GPIO.LOW)
        while not GPIO.input(Echo):
            pass
        t1 = time.time()#发现高电平时开始计时
        while GPIO.input(Echo):
            pass
        t2 = time.time()#高电平结束停止计时
        distance=(t2-t1)*340*100/2
        print 'Distance:%0.2f cm' % distance #打印出测出的距离，便于调试
        time.sleep(0.1)

try:
        checkdist()      
except KeyboardInterrupt:
    GPIO.cleanup()

C 语言 WPI库

说明

WiringPi 是应用于树莓派平台的 GPIO 控制库函数，WiringPi 遵守 GUN Lv3。wiringPi 使用 C 或者 C++ 开发并且可以被其他语言包转，例如 Python、ruby 或者 PHP 等。 wiringPi 包括一套 gpio 控制命令，使用 gpio 命令可以控制树莓派 GPIO 管脚。用户可以利用 gpio 命令通过 shell 脚本控制或查询 GPIO 管脚。wiringPi 是可以扩展的，可以利用 wiringPi 的内部模块扩展模拟量输入芯片，可以使用 MCP23x17/MCP23x08（I2C 或者 SPI）扩展 GPIO 接口。另外可通过树莓派上的串口和 Atmega（例如 arduino 等）扩展更多的 GPIO 功能。另外，用户可以自己编写扩展模块并把自定义的扩展模块集成到 wiringPi 中。WiringPi 支持模拟量的读取和设置功能，不过在树莓派上并没有模拟量设备。但是使用 WiringPi 中的软件模块却可以轻松地应用 AD 或 DA 芯片。

不过就笔者体验来看BCM的使用兼容性更好，某些拓展板不支持 WiringPi 编码方式，而仅仅支持 BCM编码。

安装

在这里推荐使用 git 来安装：

git clone git://git.drogon.net/wiringPi
cd wiringPi
./build

验证一下：

通过以下指令可以测试wiringPi 是否安装成功。

$gpio -v
$gpio readall

如果出现上面的 GPIO 图，则说明安装成功。

超声波测距程序

程序如下所示：

#include <wiringPi.h>    
#include <stdio.h>    
#include <sys/time.h>    
#define Trig 28 //发射口，对应于GPIO 28口
#define Echo 29 //接受口，对应于GPIO 29口



float checkdist(void)    
{    
    struct timeval tv1;  //timeval是time.h中的预定义结构体 其中包含两个一个是秒，一个是微秒  
    struct timeval tv2;
    float dis;    
    long start, stop;    
    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;     
    }    
    pinMode(Echo, INPUT);  //设置端口为输入  
    pinMode(Trig, OUTPUT);  //设置端口为输出  
    while(1){
        digitalWrite(Trig, LOW);    
        delayMicroseconds(2);    

        digitalWrite(Trig, HIGH);    
        delayMicroseconds(15);      //发出超声波脉冲,保持15us
        digitalWrite(Trig, LOW);    

        while(!(digitalRead(Echo) == 1));    
        gettimeofday(&tv1, NULL);           //获取当前时间，发现高电平时开始计时   

        while(!(digitalRead(Echo) == 0));    
        gettimeofday(&tv2, NULL);           //获取当前时间 ，高电平结束停止计时 
        /*  
        int gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz);  
        The functions gettimeofday() and settimeofday() can get and set the time as well as a timezone.   
        The use of the timezone structure is obsolete; the tz argument should normally be specified as NULL.  
    */  
        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    
        printf("distance = %0.2f cm\n",dis);
        delay(15); //延时15ms
    }
}    

int main(void)    
{    
    checkdist();
    return 0;    
}

C语言 BCM2835 库

说明

BCM2835 C Library 可以理解为使用C语言实现的相关底层驱动，BCM2835 C Library 的驱动库包括 GPIO、SPI 和 UART 等，可以通过学习 BCM2835 C Library 熟悉 BCM2835 相关的寄存器操作。如果有机会开发树莓派上的 linux 驱动，或自主开发 python 或 PHP 扩展驱动，可以从 BCM2835 C Library 找到不少的“灵感”。

安装

可以从http://www.airspayce.com/mikem/bcm2835/获取最新版本，目前最新版本为bcm2835-1.55.tar.gz。

安装并编译：

wget http://www.airspayce.com/mikem/bcm2835/bcm2835-1.55.tar.gz #下载
tar xvzf bcm2835-1.55.tar.gz #解压缩到当前目录
cd bcm2835-1.55
./configure #配置
make #从源代码生成安装包
sudo make check #检查
sudo make install #安装 bcm2835库

从 bcm2835-1.55 目录下有 example/gpio/gpio.c，这个 gpio.c 为实例程序，编译：

gcc -o gpio gpio.c -lbcm2835

如果没有报错则说明安装成功。

超声波测距程序

程序如下所示：

#include<stdio.h>
#include <bcm2835.h>
#include<termio.h>
#include<sys/time.h>
#include<stdlib.h>

#define GPIO_S 28 //发射口，对应于GPIO 28口
#define GPIO_R 29 //接受口，对应于GPIO 29口

void checkdist(){
    struct timeval tv1;  
        struct timeval tv2; 
    long start, stop; 
    double dis;
    if(!bcm2835_init()){  
        printf("setup bcm2835 failed !");  
        return;   
    } 
    bcm2835_gpio_fsel(GPIO_S, BCM2835_GPIO_FSEL_OUTP); //设置端口为输出  
    bcm2835_gpio_fsel(GPIO_R, BCM2835_GPIO_FSEL_INPT); //设置端口为输入 
    while(1){
        bcm2835_gpio_write(GPIO_S,HIGH);
        bcm2835_delayMicroseconds(15);//延时15us
        bcm2835_gpio_write(GPIO_S,LOW);
        while(!bcm2835_gpio_lev(GPIO_R));

        gettimeofday(&tv1, NULL);
        while(bcm2835_gpio_lev(GPIO_R));

        gettimeofday(&tv2, NULL);
        start = tv1.tv_sec * 1000000 + tv1.tv_usec;   //微秒级的时间  
            stop  = tv2.tv_sec * 1000000 + tv2.tv_usec;
        dis = ((double)(stop - start) * 34000 / 2)/1000000;  //求出距离 
        printf("dist:%lfcm\n",dis);
        bcm2835_delay(15);//延时15ms

    }

}   

int main(void)    
{    
    checkdist();
    return 0;    
}

至此，树莓派上面三种超声波测距方式介绍完成。

其实这一篇文章是为了下一篇做铺垫，下一篇文章涉及到多核多线程，语言混编等内容，内容较多，故提前写一篇介绍一下超声波测距这部分的代码，以便后文引用。