mBlock & Arduino（11）認識紅外線接收與發射 << 前情

超音波感應器蠻常出現在電子機器人的產品上，通常是用來測量距離，超音波感應器各有一個發射及接收超音波的零件，活像兩顆大大的眼睛，在製作機器人時，就經常成為造型之一 … XD

認識超音波感應器

如上圖看到的，我手邊這顆超音波感應器為 HC-SR04，左邊被標示為 T 的那顆是發射器（Transmitter），會發出 40 kHz 的聲波，這個聲波超出人類可感知的 20 kHz 上限，因此才稱之為超音波，右邊那顆被標示為 R 的是接收器（Receiver），可接收超音波。

HC-SR04 腳位從左至右分別為 Vcc、Trig、Echo 與 GND，Vcc 與 GND 就是接 5V 電源及 GND 了，Trig 為輸入腳位，Echo 為輸出腳位，超音波的發射與接收，就是靠 Trig 與 Echo 這兩個腳位，如果你送出 10 微秒的 5V 高電位訊號給 Trig，就會觸發超音波的發射，接著 Echo 腳位就會處於 5V 高電位狀態，如果接收到反射的超音波訊號，那麼 Echo 腳位就會處於 0V 低電位狀態：

因此，在超音波發射之後，Echo 的高電位持續時間，就可以搭配音波速度每秒 343.2 公尺，也就是每公分要花費 29.1 微秒左右，計算出超音波感應器與障礙物之間的距離，記得音波往返是走了兩倍距離，因此 Echo 的高電位持續時間要除以 2，再用來除以 29.1 微秒，才是與障礙物之間的距離。

如果使用 Arduino 官方語言的話，可以如下撰寫程式，以取得超音波感應器與障礙物之間的距離：

digitalWrite(TRIGPIN, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(TRIGPIN, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(TRIGPIN, LOW);

double dist = pulseIn(ECHOPIN, HIGH) / 58.2; // 公分

pulseIn 函式可以計算指定腳位的高電位或低電位持續時間，單位是微秒。

使用 mBlock 超音波感應器方塊

嗯？delayMicroseconds 與 pulseIn 在 mBlock 中並沒有對應的方塊，因此，沒什麼好繼續介紹的了？

實際上，在 mBlock 2.1 中，機器人模塊中的 Makeblock 區塊裏有個「超音波感應器」方塊，這原是搭配 Makeblock 超音波感應器模組而使用，這個超音波感應器模組使用 RJ11 接頭，而 Makeblock 在 Arduino 板子上設置了八個 RJ11 連接埠，你可以在 Me-Baseboard 看到相關圖片說明。

在說明中，可以看到 Ports on Baseboard Orion to pins on Arduino UNO 這張圖，假設我想將超音波感應器連接在 3 號連接埠，它對應的腳位是 D12 與 D13，而在 The Upgrade of Me Series Electronic Modules 的說明中可以看到，Makeblock 的超音波感應器模組，似乎只是將 Vcc、Trig、Echo 與 GND，直接對應至 RJ11 的相關接點，因此，就來試試看用這個方塊吧！

搭配上面這個程式，試著使用以下的電路連接，Trig 連接 D12，Echo 連接 D13：

接著執行程式，你就可以看到貓咪跟你報告距離了 … XD

如果你試著使用 mBlock 超音波感應器方塊，然後轉為 Arduino mode 檢視 Arduino 原始碼，可以發現，它實際上是 MeUltrasonic 程式庫，這可以在 mBlock 安裝目錄的 ext/libraries/makeblock/src 中找到對應的原始碼，其中控制超音波感應器的程式碼，主要是在 measure 函式：

long MeUltrasonic::measure(unsigned long timeout)
{
    long duration;
    MePort::dWrite2(LOW);
    delayMicroseconds(2);
    MePort::dWrite2(HIGH);
    delayMicroseconds(10);
    MePort::dWrite2(LOW);
    pinMode(s2, INPUT);
    duration = pulseIn(s2, HIGH, timeout);
    return duration;
}

MePort 的 dWrite2 中，基本上就是在對應腳位作 digitalWrite 的動作（依 makeblock 的埠決定哪個腳位）：

void MePort::dWrite2(bool value)
{
    pinMode(s2, OUTPUT);
    digitalWrite(s2, value);
}

依這個寫法模式，似乎很像是 HC-SR04，不過，依上面的程式碼來看，它都只用到 s2，也就是腳位 13，為什麼呢？因為 Makeblock 最新的超音波感應器 V3.0，可以自行使用杜邦線接線的腳位只有三個：

三個腳位中，有兩個分別是接電源與 GND，一個是信號接腳，這意謂著，Trig 與 Echo 必須使用同一個腳位，這也就是為什麼，在 measure 的程式碼中，看到的都只有使用 s2 腳位。

可是 HC-SR04 是四個腳位，Trig 是其中獨立的一個腳位，怎麼能適用「超音波感應器」方塊呢？自行觸發 Trig 囉！只是直接使用「設置數位腳位」方塊的速度不夠快，因此，我想到的是，使用「播放腳位」方塊，這可以控制腳位電壓高低的頻率，建立起類似以下的效果：

digitalWrite(TRIGPIN, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(TRIGPIN, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(TRIGPIN, LOW);

簡單來說，最後我就只是利用了「超音波感應器」方塊底層的 pulseIn 來取得回波時間而已，這個方法下測出來的距離數值會跳動，不過大致上勉強可用啦！

（這個方法比較適用於 mBlock 2.1.4，在 mBlock 2.1.5 中，韌體上似乎做了些修改，雖然還是可以用相同方法，不過，跳動的範圍會變大許多。）

超音波搭配七段顯示器

那麼，就也來回顧一下〈mBlock & Arduino（7）七段顯示器之 HELLO！〉，試著將超音波感應器量得的距離，使用七段顯示器來回報吧！

因為只有一顆七段顯示器，超過 8 公分就一律顯示為 0 了 … XD

清單 numbers 使用字串編碼 0 到 8 的數字：

後續 >> mBlock & Arduino（13）使用搖桿控制