第八课可旋转探测雷达（下）

——结合舵机与超声波传感器制作智能安防系统

课程目标

多组件协同控制：掌握舵机、超声波传感器、蜂鸣器的联动逻辑。
动态环境感知：实现舵机带动超声波雷达180°扫描，实时探测障碍物。
编程进阶：通过Linkboy编写循环扫描与报警程序。
应用拓展：探索雷达技术在智能家居、自动驾驶中的实际应用。

硬件清单与功能说明

| 名称 | 数量 | 作用与注意事项 | | ———————— | —- | ———————————————————— | | Arduino UNO主板 | 1 | 主控核心，协调舵机、超声波传感器与蜂鸣器。 | | 180度舵机 | 1 | 驱动超声波雷达旋转，需连接PWM针脚（如9号）。 | | 超声波传感器（HC-SR04） | 1 | 发射超声波并接收回波，测量障碍物距离（范围2cm-400cm）。 | | 有源蜂鸣器 | 1 | 检测到障碍物时发声报警，正极接数字针脚（如6号），负极接GND。 | | 舵机支架 | 1 | 固定超声波传感器与舵机，确保旋转稳定性。 | | 面包板 | 1 | 提供无焊接电路连接，简化接线流程。 | | 杜邦线（公对公、公对母） | 若干 | 连接主板与各元件，公对母线适合传感器与支架连接。（推荐使用红色代表正极，黑色代表负极便于区分） | | USB数据线 | 1 | 上传程序并为Arduino供电。 |

第一部分：系统原理与设计思路

1. 雷达扫描逻辑

舵机旋转：舵机以1°步进从-90°旋转至90°，再反向转回，形成往复扫描。
超声波测距：每个角度暂停0.01秒，触发超声波传感器测量距离。
报警触发：当障碍物距离<20cm时，蜂鸣器鸣响；否则关闭。

2. 核心原理

超声波测距：通过发射-接收时间差计算距离（公式：距离= (ΔT×340)/2）。

舵机控制：PWM信号控制角度，0°-180°对应脉宽500μs-2500μs。

蜂鸣器驱动：数字信号输出高电平触发蜂鸣器发声。

3.目标系统设计

传感器：超声波测距器
控制器：Arduino UNO主板
执行器：舵机，有源蜂鸣器

第二部分：硬件连接与电路设计

1. 接线步骤

舵机部分：
- 信号线（橙色） → 9号针脚，电源正极（红色） → 5V，负极（棕色） → GND。
超声波传感器：
- VCC → 5V，GND → GND，Trig → 7号针脚，Echo → 8号针脚。
蜂鸣器：
- 正极 → 6号针脚，负极 → GND。

✅ 电路示意图：

Arduino UNO  
│  
├─ 7号针脚 → 超声波Trig  
├─ 8号针脚 → 超声波Echo  
├─ 9号针脚 → 舵机信号线  
├─ 6号针脚 → 蜂鸣器正极  
├─ 5V → 超声波VCC + 舵机正极  
└─ GND → 超声波GND + 舵机负极 + 蜂鸣器负极  

第三部分：Linkboy编程——动态扫描与报警

1. 虚拟电路搭建

打开Linkboy，拖入以下模块：
- Arduino UNO主板（主控板 → Arduino Nano/Uno）。
- 舵机（驱动输出 → 马达和舵机 → 180度舵机）。
- 超声波传感器（传感输入 → 探测传感器 → 超声波测距器）。
- 蜂鸣器（驱动输出 → 声音输出 → 有源蜂鸣器）。
- 延时器（软件模块 → 定时延时）。
连线步骤：
- 主板7号针脚 → 超声波Trig，8号针脚 → 超声波Echo。
- 主板9号针脚 → 舵机信号线，6号针脚 → 蜂鸣器正极。
- 超声波传感器VCC → 5V，GND → GND。
- 舵机和蜂鸣器负极均连接GND。

2. 编写扫描报警程序

初始化设置：
- 舵机初始角度设为-90°。

主程序逻辑：

反复执行：  
  反复执行180次：  
    舵机角度+1° → 触发超声波测距 → 若距离<20cm则蜂鸣器响 → 延时0.01秒  
  反复执行180次：  
    舵机角度-1° → 触发超声波测距 → 若距离<20cm则蜂鸣器响 → 延时0.01秒  

具体操作：
- 使用“循环次数”指令控制舵机步进（180次）。
- 添加“条件判断”模块，根据超声波距离控制蜂鸣器状态。 (这一步与上节课程序相似)
- 仿真测试：观察虚拟舵机旋转与蜂鸣器响应是否符合预期。

第四部分：实战操作——组装与调试

1. 硬件组装步骤

固定传感器：将超声波传感器安装在舵机支架上，确保朝向正前方。
连接线路：
- 使用公对母杜邦线连接舵机支架上的传感器与主板。
- 蜂鸣器直接插入面包板，避免晃动。

✅ 检查要点：

舵机旋转时支架无卡顿，传感器方向垂直。
所有电源线（5V/GND）连接稳固，避免接触不良。
这一步骤一定要认真完成，如果连接错误，主板在通电后很可能会烧坏，一定要注意安全！

2. 上传程序与测试

用USB线连接Arduino与电脑，选择正确串口号上传程序。
观察现象：
- 舵机带动传感器匀速旋转，靠近障碍物时蜂鸣器鸣响。
- 调整障碍物距离，验证报警阈值是否准确。

第五部分：常见问题与解决方法

第六部分：知识延伸与创意挑战

1. 实际应用场景

智能安防系统：扫描房间角落，检测入侵者并触发警报。
扫地机器人导航：动态避障，规划清扫路径。

2. 动手挑战

任务1：添加LED灯，距离越近灯光闪烁越快。
任务2：结合按钮模块，实现不同挡位的雷达旋转速度。

课后作业

实践任务：完成可旋转雷达模型，录制扫描与报警演示视频。
思考题：如何让雷达扫描速度随障碍物距离动态调整？

下节预告：学习电机马达的使用，制作“马达小风扇”！

作者寄语：科技的眼睛在旋转中洞察世界，愿你的创造力如雷达般敏锐，探索未知的每一个角落！ 🌍🔍

第八课 可旋转探测雷达 （下）