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【回眸】香橙派Zero2 超声波模块测距控制SG90舵机转动

news 来源：原创 2025/5/7 6:39:55

前言

知识准备

超声波模块时序图

gettimeofday()函数作用

gettimeofday()函数原型

tv结构体

获取当前系统时间与格林威治时间的时间差

获取香橙派数10万秒花费的时间

使用超声波模块获取到障碍物距离

SG90舵机模块

舵机模块的作用

舵机模块方波时序图

舵机模块工作原理

知识准备

setitimer时间函数原型

使用setitimer函数实现1秒钟打印一次hello

连接舵机和香橙派

舵机控制与PWM方波关系

后记

前言

这个系列的上一篇文章介绍了香橙派的基础功能和作用，还用通过代码让蜂鸣器响起来。

本篇博文介绍如何使用香橙派使超声波模块完成测距功能。

知识准备

超声波模块时序图

通过距离 = 速度 * 时间这个公式能够得到与障碍物的距离，注意障碍物不能太小，也最好比较平整，避免有误差。

在写测距代码之前，先了解一下Linux下获取时间的函数 gettimeofday()

gettimeofday()函数作用

作用：获取当前系统时间与格林威治（GTM/UTC）的时间差

优点:可以精确到微秒级别且系统调用小

gettimeofday()函数原型

#include<sys/time.h>
int gettimeofday(struct timeval* tv, struct timezone* tz);

tv结构体

struct timeval 
{time_t tv_sec;suseconds_t tv_usec;
}

tz在早期是用来获取时区，目前已经废弃，设置为NULL即可。

获取当前系统时间与格林威治时间的时间差

新建一个c文件命名为time，使用该函数获取当前系统时间与格林威治时间的时间差，用秒和微妙分别表示。

time.c

#include <stdio.h>
#include <sys/time.h>
int main(){struct timeval tv;gettimeofday(&tv,NULL);printf("sec = %ld,usec = %ld\n",tv.tv_sec,tv.tv_usec);return 0;
}

获取香橙派数10万秒花费的时间

再新建一个c文件命名为timeCnt10.c,预期效果是返回香橙派数10万秒花费的时间，单位是微秒

#include <stdio.h>
#include <sys/time.h>
void cntTest(){int i ,j;for(i=0;i<100;i++){for(j=0;j<1000;j++);}
}int main(){struct timeval timestop;struct timeval timestart;long diffTime;gettimeofday(&timestart,NULL);cntTest();gettimeofday(&timestop,NULL);diffTime = 1000000*(timestop.tv_sec - timestart.tv_sec) + (timestop.tv_usec - timestart.tv_usec);printf("H616 count 10w S use time =  %ld us\n",diffTime);return 0;
}

可以看到每次运行的结果都不一样，基本上稳定在1460左右，说明香橙派的资源每次需要1460毫秒左右。

使用超声波模块获取到障碍物距离

echo.c

注意这里的diffTime 单位是微秒

dis的单位是厘米

#include <stdio.h>
#include <sys/time.h>
#include <wiringPi.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>#define Trig 0
#define Echo 1double getDistance()
{struct timeval start;struct timeval stop;long diffTime;double dis;pinMode(Trig, OUTPUT);pinMode(Echo, INPUT);digitalWrite(Trig, LOW);usleep(5);digitalWrite(Trig, HIGH);usleep(10);digitalWrite(Trig, LOW);while (!(digitalRead(Echo)));gettimeofday(&start, NULL);while (digitalRead(Echo));gettimeofday(&stop, NULL);diffTime = 1000000 * (stop.tv_sec - start.tv_sec) + (stop.tv_usec - start.tv_usec);dis = ((double)diffTime / 1000000 * 34000 / 2);return dis;
}int main()
{double dis;if (wiringPiSetup() == -1){fprintf(stderr, "error:%s", "initWiringPi error");exit(-1);}while (1){dis = getDistance();printf("dis = %lf\n", dis);usleep(500000);}return 0;
}

触发的引脚从超声波模块连接到物理3PIN脚（靠左一列的第二行针脚）

echo的引脚从超声波模块连接到物理5PIN脚（靠左一列的第三行针脚）

VCC的线需要连接到5V的物理口，如果接到3.3V的物理口则无法正常驱动。

GND的线需要接到任意GND的物理口。

SG90舵机模块

舵机模块的作用

舵机模块的作用是通过编程可以将塑料齿轮转不同的角度，用于精确控制角度位置。

舵机模块方波时序图

舵机模块工作原理

向SG90舵机模块的黄色线输入PWM方波，不同占空比对应着不同角度。

SG90 黄色线输入频率是50HZ，周期是20ms的方波。

0.5ms-------------0度； 2.5% 对应函数中CCRx为5

1.0ms------------45度； 5.0% 对应函数中CCRx为10

1.5ms------------90度； 7.5% 对应函数中CCRx为15

2.0ms-----------135度； 10.0% 对应函数中CCRx为20

2.5ms-----------180度； 12.5% 对应函数中CCRx为25

这里舵机是否能够转动180度还是要具体看硬件是否支持。

知识准备

在实现SG90功能开发之前，还需要了解一个时间函数。

setitimer时间函数原型

int setitimer(int which,const struct itimerval *new_value,struct itimerval *old_value);

new_value和old_value的数据结构为：

struct itimerval {struct timeval it_interval; /* Interval for periodic timer */struct timeval it_value;    /* Time until next expiration */
};struct timeval {time_t      tv_sec;         /* seconds */suseconds_t tv_usec;        /* microseconds */
};

使用setitimer函数实现1秒钟打印一次hello

设置的时间单位是500微秒，需要2000个500微秒才是1秒

clock.c

#include <stdio.h>
#include <sys/time.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>static int i;void signal_handler(int signum)
{i++;if (i == 2000){printf("hello\n");i = 0;}
}int main()
{int res = 0;struct itimerval itv;// 设定定时时间itv.it_interval.tv_sec = 0;itv.it_interval.tv_usec = 500;// 设定开始生效，启动定时器的时间itv.it_value.tv_sec = 1;itv.it_value.tv_usec = 0;// 设定定时方式res = setitimer(ITIMER_REAL, &itv, NULL);if (res == -1){perror("error\n");exit(-1);}// 信号处理signal(SIGALRM, signal_handler);while (1);return 0;
}

连接舵机和香橙派

按照上图连接舵机和香橙派

注意SG90模块也和超声波模块一样，需要一个5V的电压，所以VCC需要连接5V的IO

GND也要选GND的IO

SG90Pin在代码里是5，对应物理PIN口是11

像上图示例这样连接舵机和树莓派，注意接地和VCC如果接反了会烧掉舵机。另外舵机的线是连在一起的，可以剪开杜邦线嫁接一下再用电工胶带绑一下连接处。

或者使用公对母杜邦线衔接一下也可以。

舵机控制与PWM方波关系

舵机的控制一般需要一个20ms 左右的时基脉冲，该脉冲的高电平部分一般为0.5ms~2.5ms 范围内的角度控制脉冲部分。以180 度角度伺服为例，那么对应的控制关系是这样的：

0.5ms ---------- 0 °；

1.0ms ---------- 45 °；

1.5ms ---------- 90 °；

2.0ms ---------- 135 °；

2.5ms ---------- 180 °；

方波的总周期是20ms，设置的时间单位是500微秒，就是40个单位为20ms，所以当i等于1时，舵机角度为0°，当i等于2时，舵机角度为45°，当i等于3时，舵机角度为90°，当i等于4时，舵机角度为135°，当i等于5时，舵机角度为180°。

SG90.c

#include <stdio.h>
#include <sys/time.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <wiringPi.h>#define SG90Pin 5static int i = 0;
static int angle = 0;void signal_handler(int signum)
{if (i <= angle){digitalWrite(SG90Pin, HIGH);}else{digitalWrite(SG90Pin, LOW);}if (i == 40){i = 0;}i++;
}int main()
{int res;struct itimerval itv;wiringPiSetup();pinMode(SG90Pin, OUTPUT);// 设定定时时间itv.it_interval.tv_sec = 0;itv.it_interval.tv_usec = 500;// 设定开始生效，启动定时器的时间itv.it_value.tv_sec = 1;itv.it_value.tv_usec = 0;// 设定定时方式res = setitimer(ITIMER_REAL, &itv, NULL);if (res == -1){perror("error\n");exit(-1);}// 信号处理signal(SIGALRM, signal_handler);while (1){printf("Please input angle: 1-0   2-45  3-90  4-135  5-180\n");scanf("%d", &angle);}return 0;
}

预期看到的效果是输入1---5，可以让舵机转向不同的方向，最终结果也是符合预期的。