蝙蝠在翱翔时，能巧妙地利用喉内产生的超声波。这些超声波通过口腔被发去，形成一种独特的探测方式。当超声波遭遇昆虫或障碍物时，它们会被反射回蝙蝠的耳朵。通过接收反射回来的超声波，蝙蝠不仅能够计算出距离，还能分辨出目标是昆虫还是障碍物。受到蝙蝠这种探测方法的启发，科学家们发明了超声波测距技术。本次课程将介绍利用仿生科学制造的超声波传感器。
在我国的青少年机器人等级考试中，三级课程将深入探讨超声波传感器的使用。
所谓超声波，是指振动频率高于20千赫兹的机械波。这些波的频率超出了人耳的听觉范围，但它们具有频率高、波长短、绕射现象小等特点，尤其是其方向性好、能够成为射线而定向传播的特性。超声波对液体和固体的穿透能力极强，尤其是在不透明的固体中更是如此。当超声波碰到杂质或分界面时，会产生显著的反射，形成反射回波。
超声波传感器正是由超声波的特性研发而来的一种设备。它发出的超声波在遇到前方障碍物时会返回至接收器，通过计算超声波的传播时间，可以精确地测出传感器与障碍物之间的距离。
本实验所使用的超声波传感器采用了双探头设计，即一个探头发射超声波，另一个探头接收超声波。这两个探头被焊接在转接板上，形成了一个用于测距的模块。这个模块通过发送和接收超声波，并利用时间差和声音的传播速度，来计算出传感器到前方障碍物的距离。
关于超声波模块参数：
工作电压为5V，有效探测距离在2毫米至2.5米之间，感应角度范围为15°，而使用的超声波频率为40千赫兹。
解释超声波传感器的工作原理：
当超声波传感器接收到触发信号时，模块会自动发出8个40千赫兹的方波，并开始计时以检测是否有信号返回。通过记录超声波从发送到接收的时间间隔，可以判断前方障碍物的距离。
以下是关于超声波传感器的时序图简述：
- Arduino板向Trig引脚发送一个时长不小于10微秒的高电平信号，以触发超声波模块。
- 触发后，模块自动发射8个40千赫兹的方波，并检测是否有信号返回。
- 如果有信号返回，Echo引脚会输出一个高电平信号，高电平的持续时间即代表了超声波从发接收的时间。
关于传感器的管脚连接：
传感器拥有GND、VCC、Trig、Echo四个引脚。其中，VCC接Arduino板的5V引脚，GND接Arduino板的GND引脚。Trig引脚和Echo引脚则分别接两个数字引脚。
超声波传感器的实物外观及其与Arduino板的连接方式如图所示。
使用米思齐编程语言编写相应代码，将超声波传感器与Arduino板相连，并从串口器中打印出测距数据。
学习
1. 理解了超声波测距的基本原理。
2. 掌握了通过串口打印方式监测数据的方法。
3. 熟悉了超声波模块的时序及工作过程。
—— 课程结束 ——