【Arduino 动手做】构建全方位声纳矩阵 让机器人感知环境

Arduino是一个开放源码的电子原型平台，它可以让你用简单的硬件和软件来创建各种互动的项目。Arduino的核心是一个微控制器板，它可以通过一系列的引脚来连接各种传感器、执行器、显示器等外部设备。Arduino的编程是基于C/C++语言的，你可以使用Arduino IDE（集成开发环境）来编写、编译和上传代码到Arduino板上。Arduino还有一个丰富的库和社区，你可以利用它们来扩展Arduino的功能和学习Arduino的知识。

Arduino的特点是：
1、开放源码：Arduino的硬件和软件都是开放源码的，你可以自由地修改、复制和分享它们。
2、易用：Arduino的硬件和软件都是为初学者和非专业人士设计的，你可以轻松地上手和使用它们。
3、便宜：Arduino的硬件和软件都是非常经济的，你可以用很低的成本来实现你的想法。
4、多样：Arduino有多种型号和版本，你可以根据你的需要和喜好来选择合适的Arduino板。
5、创新：Arduino可以让你用电子的方式来表达你的创意和想象，你可以用Arduino来制作各种有趣和有用的项目，如机器人、智能家居、艺术装置等。

作为我的机器人项目 Andar 的一部分，我需要构建一个声纳环，让 Andar 了解周围的环境。

这是一个关于如何构建带有 12 个超声波测距仪和一个 Arduino nano 的声纳环的教程，就像 Andar 机器人使用的一样。

第 1 步：收集材料

1. 说实话，声纳可以有你需要的机器人的任何直径。就我而言，我使用了 4 英寸 PVC 耦合器，因为它具有 Andar 的完美措施。
2. 您还需要声纳测距仪。我使用了 12 个 HC-SR04 传感器。据我所知，它们是最便宜的。
3. 其他应该列出的是
4.扁平电缆
5.连接器
6.焊料
7.花几个小时来组装和测试所有东西。

第 2 步：布局传感器位置

您需要将圆柱体的周长分成 12 个相等的部分。
这些垂直线中的每条都将是一个超声波测距仪的轴。
为了标记每条线的绘制位置，我使用了您在宜家获得的免费纸尺之一来测量家具等（宜家是一家可以在加拿大购买家居用品的商店）。如果你没有，你甚至可以在一小段透明胶带上线性地做标记，然后用胶带把它粘在夹子上。
要画垂直线，您可以使用厨房里能找到的任何产品的任何盒子，并且足够高，即 90 度的底座。

第 3 步：画出标记超声波测距仪孔的线条

您需要画 4 条线，分别用于 Emiter 和 Receiver Clinder，另外两条用于 Oscilator。
我在声纳传感器下方和上方放置了 5 毫米的自由线。我们将使用该空间来放置底部和顶部盖（当然，如果你想要它们）
更具体地说，这是四行中每一行的详细信息：
1.底部填充器：从底部开始，第一行应在 XX mm.2
处。顶部压片机：在 XX 毫米处画第二条线，也是从底部开始。
3. 摆动器底部：在距底部
XX mm 处画一条新线 4.振荡器顶部：在距底部

XX 毫米处画这条线现在，cilinder 已经完成了我们需要钻孔的所有点。

第 4 步：开始钻孔

现在我们将开始在放置超声波测距仪的位置打所有孔。

使用上一步中绘制的标记检查每个孔的制作位置。请记住，如果您先打一个小孔，您将对它的位置有更多的控制权。之后，您可以使用正确的位。

我提出的另一个建议是只为一个传感器打孔，测试它是否正确安装，如果合适，则转到下一组孔。如果你一起做所有事情，你犯了错误，你将无法解决它。

从 las 图像中可以看出，两个振荡器孔应该连接在一起。

确保所有测距仪都正确安装在预期位置。如果情况并非如此（一开始我不是这样），请纠正孔，这样您就知道一切都会适合。

第 5 步：创建电缆以连接所有传感器

如果您以前使用过超声波测距仪，那么您已经知道它们（至少）有 4 个引脚

• Vcc
• GND
• Trig
• Echo

因此，由于我们将使用 12 个声纳，因此我们谈论的是 Trig 和 Echo 的 24 个引脚。Arduino Nano 没有 24 个数字引脚可供使用。好吧，我们要做的是将 Trig 和 Echo 引脚连接在一起，这样我们每个传感器就可以只使用一个信号引脚。（这不是我的想法，它是您可以在我在代码中使用的 NewPing 库中找到的示例的一部分。

思考是..你将不得不焊接一大堆连接..

正如您在图像中看到的，所有 Vcc 都连接在一起。所有 GND pins的运行相同。

其余电缆连接到每个传感器上 Trig/Echo 的 12 个引脚。

第 6 步：Arduino Nano 连接

第 7 步：将您的 Sketch 安装到 Arduino 中

/*
【Arduino 动手做】构建全方位声纳矩阵 让机器人感知环境
*/

#include <NewPing.h>  // **引入 NewPing 库，用于控制超声波传感器**

#define SONAR_NUM     12  // **超声波传感器数量**
#define MAX_DISTANCE 200  // **最大检测距离（单位：厘米）**
#define PING_INTERVAL 29  // **每个传感器之间的检测间隔时间（单位：毫秒），避免相互干扰**

unsigned long pingTimer[SONAR_NUM];  // **存储每个传感器下一次执行 ping 的时间**
unsigned int cm[SONAR_NUM];          // **用于存储测得的距离**
uint8_t currentSensor = 0;           // **当前活动的传感器编号**

NewPing sonar[SONAR_NUM] = {  // **初始化超声波传感器数组，每个传感器独立指定触发和回响引脚**
  NewPing(2, 2, MAX_DISTANCE),  // **定义第 1 个传感器（触发引脚 2，回响引脚 2，最大测量 200cm）**
  NewPing(3, 3, MAX_DISTANCE),  // **第 2 个传感器**
  NewPing(4, 4, MAX_DISTANCE),  // **第 3 个传感器**
  NewPing(5, 5, MAX_DISTANCE),
  NewPing(6, 6, MAX_DISTANCE),
  NewPing(7, 7, MAX_DISTANCE),
  NewPing(8, 8, MAX_DISTANCE),
  NewPing(9, 9, MAX_DISTANCE),
  NewPing(10, 10, MAX_DISTANCE),
  NewPing(11, 11, MAX_DISTANCE),
  NewPing(12, 12, MAX_DISTANCE),
  NewPing(13, 13, MAX_DISTANCE)
};

void setup() {
  Serial.begin(115200);  // **启动串口调试**
  pingTimer[0] = millis() + 75;  // **第一个传感器的首次测距延迟 75ms（让 Arduino 完全启动后再执行）**
  
  for (uint8_t i = 1; i < SONAR_NUM; i++)  // **初始化每个传感器的检测时间**
    pingTimer[i] = pingTimer[i - 1] + PING_INTERVAL;
}

void loop() {
  for (uint8_t i = 0; i < SONAR_NUM; i++) {  // **轮询所有传感器**
    if (millis() >= pingTimer[i]) {  // **当前时间 >= 传感器的下次执行时间**
      pingTimer[i] += PING_INTERVAL * SONAR_NUM;  // **更新该传感器的下次执行时间**
      
      if (i == 0 && currentSensor == SONAR_NUM - 1) oneSensorCycle(); // **所有传感器扫描完成，执行数据处理**
      
      sonar[currentSensor].timer_stop();  // **确保之前的传感器检测被终止**
      currentSensor = i;  // **更新当前活动传感器编号**
      cm[currentSensor] = 0;  // **如果没有回声，默认距离设置为 0**
      sonar[currentSensor].ping_timer(echoCheck);  // **启动超声波测距（事件驱动方式）**
    }
  }
  // **此处可以添加其他代码（不会影响超声波测距）**
}

void echoCheck() { // **测距回调函数，检测到回声后记录测得的距离**
  if (sonar[currentSensor].check_timer()) 
    cm[currentSensor] = sonar[currentSensor].ping_result / US_ROUNDTRIP_CM; // **转换为厘米**
}

void oneSensorCycle() { // **所有传感器扫描完成，处理测得的距离**
  for (uint8_t i = 0; i < SONAR_NUM; i++) {
    Serial.print(cm[i]);  // **打印测得的距离**
    if(i < SONAR_NUM - 1) Serial.print(",");
  }
  Serial.print("|");  // **分隔符**
}
复制代码

第 8 步：连接到 PC 并运行 Sonar .net 应用程序

附录
【Arduino 动手做】构建全方位声纳矩阵 让机器人感知环境
项目链接：https://www.instructables.com/member/_now_/
项目作者：加拿大多伦多
（我是男朋友、父亲、软件开发人员和创客，在阿根廷长大，目前住在加拿大多伦多。）
项目视频（只有类似参考演示）：https://www.youtube.com/watch?v=SvLObGL-5ZY
项目代码：https://bitbucket.org/nahueltaibo/andar/src/wheelsWorking/
3D打印文件：无需打印

哥，求您认真自己做一个吧，转载再多也不是自己的

帅猫 发表于 2025-5-25 11:15
哥，求您认真自己做一个吧，转载再多也不是自己的

谢谢鼓励。几年前，从一个干簧管模块开始，我便投入大量时间深入实验，探索各种传感器、执行器、开发板及套件…… 涉及的硬件种类已接近三百，始终保持着严谨的尝试和动手实践。其中最极限的挑战之一，当属 1.28 英寸 GC9A01 圆形屏幕模块，我成功完成了 153 项小实验，并悉心记录下全过程，在博客上分享。这算不算认真？你说了算！

在 CSDN 上，我打造了栏目 《189 种传感器执行器系列开源实验》（189种传感器执行器系列开源实验_驴友花雕的博客-CSDN博客），已累计发布近 1400 篇实验项目博客。至今，Arduino 基础实验项目已坚持六年，不断深耕与优化。

而就在一周前，我开启了翻译、分享与引入国外开源项目的新探索，开始系统性介绍那些富有特色的国际创客作品。我一直欣赏国外创客脑洞大开的创新精神，更敬佩他们 坚持不懈的动手能力。但学习他人经验与自主创新并非对立，而是相辅相成——敢于借鉴先进经验，也是一种成长。