牟晓东

1.实验目的

在树莓派上搭载超声波传感器、显示屏等外设，通过古德微“积木”编程实现对行车前方的障碍物进行距离实时测量与警示的“行车雷达”功能。超声波传感器将测量的距离值传给树莓派，树莓派将数值显示到屏上，如果该距离到达设定的“危险”值（比如6cm），则显示“危险！危险！”的警示信息，同时LED灯也进行闪烁报警。

2.实验器材及连接

器材清单：树莓派3B+（带电源线）一块，古德微扩展板一块，HC-SR04超声波传感器一个，OLED显示屏一个，LED灯一支，联网电脑一台。

HC-SR04超声波传感器包括发射和接收两个探头，工作原理类似于蝙蝠的飞行觅食过程：发射出超声波遇到前方障碍物后发生反射，反射波被接收端检测到并根据发送与接收的时间差来计算出与障碍物间的距离。

首先将古德微扩展板带卡槽的一侧对准树莓派40Pin引脚，注意从四周均匀用力下压，以免对引脚和电路板造成损伤;HC-SR04超声波传感器有四个引脚，根据标注（VCC、Trig、Echo和GND）判断方向，轻轻插入至扩展板20和21处的四个引脚;然后，将OLED显示屏小心插入扩展板内侧的I2C接口（标注有“Up”列），同样也要注意OLED显示屏的四个引脚（VCC、GND、SCL和SDA）必须与扩展板的四个引脚（VCC、GND、CLK和DATA）一一对应;接着，将LED灯插入5号引脚，长腿为正极、短腿为负极;最后，给树莓派接通电源，启动操作系统（如图1）。

3.实验步骤

（1）登录古德微机器人平台进行“连接设备”

在瀏览器中访问古德微机器人平台（http：//www.gdwrobot.cn/），输入账号和密码进入“积木”编程区;接着点击“连接设备”按钮，如果树莓派已经正常启动的话，此时会弹出“服务器连接已经建立”等五个绿色对钩提示，并且会显示出内网连接IP地址（如图2），说明树莓派与古德微网站已经“对接”成功。

（2）超声波传感器部分代码

将超声波传感器检测到的距离值显示在LOG编程调试区。

首先从“循环”区拖动建立一个“重复当‘真执行”的积木语句块;接着建立一个名为“dis”的变量，赋值为“智能硬件→常用→超声波测距”;然后使用“输出调试信息”语句进行输出，同时借助“数学→四舍五入”对dis变量进行保留一位小数的处理（单位是cm）;最后，添加一条“等待0.3秒”的时间等待，点击“运行”按钮（如图3）。此时，随着超声波传感器前障碍物的靠近和远离移动，LOG显示区每隔0.3秒就显示出一个数值：6.0、10.0、22.0、9.0……

（3）OLED显示屏部分代码

在OLED显示屏上显示超声波传感器的测距值或提示“危险”。

OLED显示屏在进行显示时需要调用相关的语句进行初始化，比如“初始化OLED显示屏，设备型号为‘ssd1306”;接着，建立一个名为“图片对象”的变量，设置好对应的图片模式为RGB;然后，为图片对象添加显示内容为：“测距：”+“dis的四舍五入值”+“cm”，同时设置其大小为16号、显示坐标为（10，20）;最后，添加一个“如果dis小于等于6，则执行显示‘危险！危险！信息”选择分支语句。运行程序进行测试，随着障碍物距离的不同，在OLED显示屏上会有测距值或“危险”提示信息的出现（如图4）。

（4）LED灯部分代码

当检测距离值小于等于6cm时，LED灯闪烁。

这一步非常简单，而且到上一步已经基本实现了“行车雷达”的主要功能。在选择分支结构中，添加一个“重复3次执行”的循环结构，依次使用“控制5号小灯亮”、“等待0.1秒”和“控制5号小灯灭”语句来实现LED灯的三次闪烁（如图5）。

（5）程序的保存与运行

程序编写完毕后，点击“保存”按钮并进行运行测试，结果与预期的完全一致。

4.实验改进与设想

（1）LED灯的闪烁频率是固定的，可尝试通过建立闪烁等待时间变量与障碍物距离的关系公式，实现与障碍物的间距越近，LED灯的闪烁频率越快（类似于真实倒车雷达的不同频率的“嘀嘀”报警声）。

（2）加入多支LED灯，组成微型“呼吸”式灯带，动态显示测距值的大小范围。

（3）加入蜂鸣器，进行不同频率鸣叫的报警;或者接入音箱，根据不同的测距值进行语音播报式报警。

（4）配合搭载有马达和车轮的拓展包，当测距值接近于设置的最低危险值（比如4cm），控制马达立刻停转或是反向小幅度旋转，杜绝“撞墙”事故。

（5）如果有两套树莓派+古德微扩展板+超声波传感器+摄像头+马达+车轮的套件，就可以实现按地面实线行走，前后两个超声波传感器共同动态测距前提下，同时控制前后两组马达车轮，不管是前行还是倒车，均能实现OLED显示屏实时显示及LED灯光报警，且前后均不会产生碰撞。