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Grove 超声波传感器 (SMS812)

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介绍​

Grove 超声波传感器 (SMS812) 是一款小型化、超低功耗的测距传感器。Grove 超声波传感器 (SMS812) 基于超声波飞行时间 (ToF) 原理，并结合相关的声学、电学和算法设计。通过不同材料表面超声波回波信号的能量差异实现高精度距离测量，输出毫米级距离信息及其回波能量强度值，还可以输出标志位来区分软硬材料。此外，它可用于清洁机器人识别地面材料并在一定范围内测量距离。它体积小巧，易于安装。

应用​

  • 清洁机器人识别地面软硬材料
  • 家庭服务机器人或扫地机器人获取地面信息
  • 3D打印机调平检测

特性​

  • 毫米级测距精度，出色的测距稳定性
  • 识别软硬材料并输出I/O信息
  • 检测距离可达20-50mm，盲区小
  • 支持Arduino

硬件概述​

  1. 该传感器的结构为圆柱形，采用塑料注塑成型。
  2. 上图中的尺寸单位为毫米。

该接口为PH1.0-4P插头连接器。引脚定义如下：

引脚类型描述默认值数据流
GND电源负极0V
Tx输出系统串口输出激光雷达到外设
Rx输入系统串口输入外设到激光雷达
VCC电源正极3.3V

开始使用​

硬件准备​

本教程将介绍使用 XIAO SAMD21 作为主控来使用这个超声波雷达。为了方便接线，我们还将使用 Grove 扩展板。您可以根据实际需要选择其中一种。

XIAO SAMD21Grove Base for XIAOGrove 超声波传感器 (SMS812)
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然后，将超声波雷达连接到 XIAO 的 UART 接口。

Arduino 库概述​

tip

如果这是您第一次使用 Arduino，我们强烈建议您参考 Arduino 入门指南 或查看下面的简单教程：

下面的按钮将直接带您到我们为 Grove 超声波传感器 (SMS812) 提供的 Arduino 程序库。

下载库文件

功能​

在我们开始开发程序之前，让我们先了解一下库的可用功能。

  • void setIOMode() —— 此函数用于将雷达设置为 IO 模式，主要用于检测目标材料。

  • void setUARTMode() —— 此函数用于将雷达设置为 UART 模式，UART 模式下雷达将主动报告距离和材料信息。

  • void setUARTREQMode() —— 此函数用于将雷达设置为 UART REQ 模式，在此模式下只能通过发送查询命令来查询距离和材料信息。

  • void checkUARTREQ(int delaytime = 0, bool showSwitch = true) —— 此函数在 UART REQ 模式下使用，用于查询检测到的材料和距离。

    输入参数

    • delaytime：默认值为 0。此参数控制发出查询命令的时间间隔（毫秒）。
    • showSwitch：默认为开启。此参数控制是否打印出原始数据帧。

  • bool getFrame(bool showSwitch = true) —— 此函数用于获取原始数据帧。

    输入参数

    • showSwitch：默认为开启。此参数控制是否打印出原始数据帧。

  • bool parseDatagram(bool showSwitch = false) —— 此函数用于解析原始数据帧。

    输入参数

    • showSwitch：默认为关闭。此参数控制是否打印出原始数据帧。

安装​

由于您已经下载了 zip 库文件，请打开您的 Arduino IDE，点击 Sketch > Include Library > Add .ZIP Library。选择您刚刚下载的 zip 文件，如果库安装正确，您将在通知窗口中看到 Library added to your libraries。这意味着库已成功安装。

XIAO 示例​

步骤 1. 您需要安装 Arduino 软件。

步骤 2. 启动 Arduino 应用程序。

步骤 3. 选择您的开发板型号并将其添加到 Arduino IDE 中。

  • 如果您想在后续例程中使用 Seeeduino V4.2，请参考 此教程 完成添加。

  • 如果您想在后续例程中使用 XIAO SAMD21(Seeeduino XIAO)，请参考 此教程 完成添加。

  • 如果您想在后续例程中使用 XIAO RP2040，请参考 此教程 完成添加。

  • 如果您想在后续例程中使用 XIAO nRF52840，请参考 此教程 完成添加。

  • 如果您想在后续例程中使用 XIAO ESP32C3，请参考 此教程 完成添加。

  • 如果您想在后续例程中使用 XIAO ESP32S3，请参考 此教程 完成添加。

caution

对于 XIAO nRF52840，请选择 Seeed nRF52 mbed-enabled Boards，否则运行程序时可能会报错。

步骤 4. 安装 Arduino 代码库。

演示 1：IO 模式使用​

此示例将指导您完成打印标志位以区分软硬材料的过程。以下是 arduino 的参考代码：

#include "sms812.h"

const int radarPin = A7;

//#include <SoftwareSerial.h>
// Choose any two pins that can be used with SoftwareSerial to RX & TX
//#define RX_Pin A6
//#define TX_Pin A7

//SoftwareSerial mySerial = SoftwareSerial(RX_Pin, TX_Pin);

// we'll be using software serial
//SMS812_Sensor radar = SMS812_Sensor(&mySerial);

// can also try hardware serial with
SMS812_Sensor radar = SMS812_Sensor(&Serial1);

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  Serial.begin(115200);
  
  Serial1.begin(115200);
  //  mySerial.begin(115200);

  pinMode(radarPin, INPUT);

  while(!Serial);   //When the serial port is opened, the program starts to execute.
  Serial.println("Ready");

  radar.setIOMode();
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  int value = analogRead(radarPin); // Read level status of D7 pin
  Serial.println(value);
  delay(500);
}

激活 IO 模式后，您应该知道如果 US5 传感器识别到软材料，其 TX 引脚将向开发板发送标志位 0x01，否则，硬材料是 0x00，因此您应该将 radarPin 设置为 A0（连接传感器的 TX 引脚）或支持模拟输入的引脚。

高于 1000 的高值表示识别到硬材料，低于 20 的值表示识别到软材料或空气。

因此，当您在墙前移动传感器时，您将看到如下串口输出：

演示 2：UART 模式使用​

对于 UART 模式，雷达以 100Hz 的速率输出测量值。数据报文的格式如下表所示。

帧头命令帧数据长度帧数据帧校验帧
0xAA 0xAA0xFD0x04--CS

数据位占用 4 字节。第 1 字节是材料标志位，0 表示硬材料，1 表示软材料。对于软材料，将无法测量距离。然后是距离值，占用 2 字节，单位为毫米。最后 1 字节是强度值，表示接收到的超声波信号的强度。

材料标志位距离值强度
1 字节2 字节1 字节

在此示例中，我们将使用库中的函数来解析接收到的数据帧，并通过串口打印出传感器主动报告的所有特征数据。

XIAO SAMD21 开发板上的硬件串口是 UART 接口引脚 A6 和 A7。您也可以使用任意两个引脚作为软件串口。

#include "sms812.h"

//#include <SoftwareSerial.h>
// Choose any two pins that can be used with SoftwareSerial to RX & TX
//#define RX_Pin A2
//#define TX_Pin A3

//SoftwareSerial mySerial = SoftwareSerial(RX_Pin, TX_Pin);

// we'll be using software serial
//SMS812_Sensor radar = SMS812_Sensor(&mySerial);

// can also try hardware serial with
SMS812_Sensor radar = SMS812_Sensor(&Serial1);

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  Serial.begin(115200);
  
  Serial1.begin(115200);
  //  mySerial.begin(115200);

  while(!Serial);   //When the serial port is opened, the program starts to execute.
  Serial.println("Ready");

  radar.setUARTMode();
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  
  // Prints only the acquired raw data frames
//   radar.getFrame();
//   delay(1);                //Add time delay to avoid program jam

  // Parses the contents of the data frame. If the function parseDatagram is given a true argument, the raw data frame display is enabled.
  if(radar.parseDatagram(true)){
    if(radar.material == 0x00){
      Serial.println("No blankets detected.");
      Serial.print("The measured distance is: ");
      Serial.print(radar.distance);
      Serial.println(" mm");
      Serial.print("The ultrasonic signal strength is: ");
      Serial.println(radar.strength);
    }
  }
  delay(1);                //Add time delay to avoid program jam
}

将代码上传到开发板后，你将传感器移动到硬质材料前面（软质材料不会输出解析数据），你可以看到下面的解析数据：

示例 3：UART REQ 模式使用​

在这个示例中，我们将延迟时间参数设置为 1000，意味着我们每 1 秒轮询一次发送命令查询。传感器将通过原始消息反馈测距结果，消息长度为 9 字节。

#include "sms812.h"

//#include <SoftwareSerial.h>
// Choose any two pins that can be used with SoftwareSerial to RX & TX
//#define RX_Pin A2
//#define TX_Pin A3

//SoftwareSerial mySerial = SoftwareSerial(RX_Pin, TX_Pin);

// we'll be using software serial
//SMS812_Sensor radar = SMS812_Sensor(&mySerial);

// can also try hardware serial with
SMS812_Sensor radar = SMS812_Sensor(&Serial1);

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  Serial.begin(115200);
  Serial1.begin(115200);
  pinMode(A7, INPUT);

  //  mySerial.begin(115200);

  while(!Serial);   //When the serial port is opened, the program starts to execute.

  Serial.println("Ready");

  radar.setUARTREQMode();
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  radar.checkUARTREQ(1000, true);      // Check radar information every second. And turn on raw data frame display.

  // Parses the contents of the data frame. If the function parseDatagram is given a true argument, the raw data frame display is enabled.
  if(radar.material == 0x00){
    Serial.println("No blankets detected.");
    Serial.print("The measured distance is: ");
    Serial.print(radar.distance);
    Serial.println(" mm");
    Serial.print("The ultrasonic signal strength is: ");
    Serial.println(radar.strength);
  }
}

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