吴建惠

当物体振动时会发出声音，科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹（Hz）.人类耳朵能听到的声波频率为20 Hz-20000 Hz.因此，我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”.超声波具有方向性好、穿透能力强、易于获得较集中的声能等特性，在测距、测速等方面具有广泛应用.本文结合高中物理数字键、化实验开发实例，阐述如何利用arduino平台实现超声波测距和数据采集，实现精确、直观、高效率的实验测量和数据处理.

1超声波测距原理及方案对比

超声波测距有两种常见方案，一种是人教版高中物理必修Ⅰ教材第23页所示的方案，把超声波发射器件和接收器件分别置放在所测距离的起点和终点，在红外线遥控器件辅助下计算超声波从起点至终点的时间Δt，再根据s=v·Δt求得距离.另一种方案可称为“反射式”，是把超声波发射器件和接收器件并列安装在起点处，然后测得超声波从发射到经过终点反射回来被接受到的时间差Δt，再根据s=v·（Δt/2）求得距离.方案一的测量精度较高，但实现较繁琐、使用也不便，方案二的测试时间是方案一的两倍、理论上误差也翻倍，但使用较为方便、所需模块也更易于购置，因此我们采用了方案二“反射式”测距方式.

常见的“反射式”超声波测距模块有SR系列、US系列等，表1是我们试用过的几种模块的电性能参数，看上去都属于民用产品、差别并不大，因此网上的超声波测距应用都采用了常见且廉价的HC-SR04模块.但事实……