借助树莓派超声波“测距”的物联网数据采集实验

实验目的：

了解超声波传感器的工作原理及关键参数等特性，学会借助古德微扩展板将HC-SR04超声波传感器与树莓派进行正确连接的方法；掌握利用古德微机器人编程平台来实现超声波“测距”数据的传递等处理，最终实现电脑网页端及手机微信端进行测量数据的曲线同步展示。

实验原理：

利用树莓派、超声波传感器等硬件设备的连接组合及古德微机器人编程平台，实现超声测距数据的远程发送，并以曲线图表的形式进行展示。

实验器材：

树莓派（带电源线）一块，古德微扩展板一块，HC-SR04超声波传感器一个，联网电脑一台，模拟障碍物一件。

实验步骤：

1.了解HC-SR04超声波传感器模块

超声波传感器能够将超声波信号转换成电信号，常见的HC-SR04超声波传感器有两个探头（一个发射超声波、另一个接收超声波），发射出的超声波遇到前方障碍物后发生反射，传输回来被接收端检测到，然后根据发送时和接收到的时间差来计算出与障碍物间的距离。HC-SR04超声波传感器有4个引脚，分别是VCC电源端、TRIG控制端、ECHO接收端和GND接地端；它的感应角度略小于15°，有效测距范围约为2cm～400cm（2cm以内为检测盲区），测距精度为0.2cm，可满足一般的液位探测、测距和避障等实验检测的需要。

2.实验器材的连接

首先将古德微扩展板带卡槽一侧对准树莓派40Pin引脚轻轻插入，注意四周均匀用力；然后将HC-SR04超声波传感器小心插入至扩展板的20、21相邻4个引脚中，注意双方所标注的引脚要一一对应；最后，将安装好的树莓派放置于水平桌面上，模拟障碍物摆放于正对超声波传感器约10cm左右的地方，给树莓派接通电源，启动操作系统（如图1所示）。

图1

3.登录古德微机器人编程平台进行“积木”编程

登录古德微机器人编程平台（http://www.gdwrobot.cn/），点击“连接设备”出现五个连接成功的提示之后进入“设备控制”区，点击切入“积木”编程区进行程序语句的拖动和拼接。其中的第一句是设置物联网服务器为默认的“www.gdwrobot.top”，端口号保持“1883”不变；然后设置一个执行30次数据采集的循环，将超声波传感器检测到的距离值赋给创建的dis变量，并且向树莓派发送distance主题；每次的测距数据采集间隔时间为1秒，整体程序运行30秒（如图2所示）。

图2

4.进行超声波“测距”数据的采集及图表显示

点击“设备控制”-“更多功能”-“采集数据”，进行相关信息的填写设置：“采集标题”：采集超声波距离值，“服务器地址”：ws://www.gdwrobot.top，“端口号”：8083（用户名和密码保持为空）；接着，点击后面的“测试连接”按钮，出现“连接成功”的提示，说明与服务器的连接是正常的；然后继续进行下方一行信息的填写——“功能描述”：采集超声波距离值，“树莓派编号”：zyyz001（自己的树莓派设备编号），“主题”：distance（与上一步“积木”编程中所设置的主题名称一致），“数值单位”：自定义为cm（厘米），点击“保存”按钮后再点击“开始采集”按钮；此时浏览器会新弹出一个“采集超声波距离值”页面，点击底部的“分享”按钮就会生成一个“微信扫一扫”二维码；打开手机微信的“扫一扫”，很快就会同步打开该空白数据页面（如图3所示）。

图3

接下来再次返回“积木”编程区，保持“Log显示区”为显示状态，点击“运行”按钮，程序就会开始进行超声波测距数据的采集，间隔1秒时间便会在“Log显示区”显示出一个“测距”值（此时可手动控制模拟障碍物与超声波传感器的间距）；同时，网页数据采集页面就会接收到对应的数值并生成曲线图表，手机微信端同样也会同步显示有该超声波测距数据（30个）的曲线图表（如图4所示）。

图4