4:潜艇声呐信标
让Robot PU像潜水艇一样发出"乒"声！
欢迎来到Robot PU（Pair Up）的世界！PU不仅仅是一个玩具，它是一个带有性格的AI驱动人形表演者。今天，我们将使用PU胸前的声呐传感器把他变成深海导航员。如果时间允许，我们还可以用你的程序和Robot PU玩"别撞墙"游戏。
知识点： https://makecode.microbit.org/blocks/variables
https://makecode.microbit.org/blocks/variables/var
https://makecode.microbit.org/blocks/variables/assign
https://makecode.microbit.org/blocks/variables/change
https://en.wikipedia.org/wiki/Ultrasonic_transducer
1. 背景设置
Robot PU是一个由micro:bit控制的交互式STEM学习伙伴。他以"震撼的AI动力舞蹈"而闻名——流畅地执行太空步、旋转和劈叉。
但PU也是一个聪明的探索者。他拥有自动驾驶模式，可以平稳导航并避开障碍物。为此，他使用位于胸前的超声波声呐传感器，通过向墙壁或朋友发射声波并接收回波来"看见"它们有多远。
2. 问题定义
我们希望给PU一个"潜艇声呐"模式。不是沉默地走路，而是希望PU能够：
- 感知世界——通过胸前声呐。
- 发出警报声——随着接近物体的距离而变化。
- 制造紧迫感——希望"乒"声在靠近物体时变得越来越高、越来越快，就像电影中的潜水艇一样！
3. 基本解决思路
秘诀是映射。我们将把PU胸前传感器的原始距离数据转化为声音：
- 音调： 如果墙壁很远，PU将发出低音调。随着PU靠近，音调会升高。
- 速度： 我们将改变"乒"声的时间间隔。距离远意味着慢速的乒声；距离近意味着快速的"哔-哔-哔！"。
- 大脑： 由于PU由micro:bit驱动，我们可以在PU太空步或聊天时在一个独立的永久循环中运行这个声呐逻辑。
4. 实现
将以下完整代码复制到MakeCode编辑器的JavaScript标签页中。它包含HCSR04类，充当PU胸前传感器的"驱动程序"。
TypeScript
/**
* HCSR04驱动类 — PU机器人胸前声呐
*/
class HCSR04 {
timeout_us: number;
trig: DigitalPin;
echo: DigitalPin;
constructor(trigPin: DigitalPin = DigitalPin.P2, echoPin: DigitalPin = DigitalPin.P8) {
this.timeout_us = 30000; // 约500cm最大测量范围
this.trig = trigPin;
this.echo = echoPin;
pins.digitalWritePin(this.trig, 0);
}
distance_cm(): number {
// 触发传感器
pins.digitalWritePin(this.trig, 0);
control.waitMicros(5);
pins.digitalWritePin(this.trig, 1);
control.waitMicros(10);
pins.digitalWritePin(this.trig, 0);
// 监听回波
let t = pins.pulseIn(this.echo, PulseValue.High, this.timeout_us);
if (t <= 0) t = 500;
// 将时间转换为厘米（声速）
return t * 0.0171821;
}
}
// 在PU机器人胸前引脚上初始化声呐
let sonar = new HCSR04(DigitalPin.P2, DigitalPin.P8);
// 潜艇声呐循环
basic.forever(function () {
let distance = sonar.distance_cm();
if (distance > 2 && distance < 100) {
// 映射 2cm→2000Hz，100cm→200Hz
let pitch = Math.map(distance, 2, 100, 2000, 200);
// 映射 2cm→100ms，100cm→800ms
let pulseDelay = Math.map(distance, 2, 100, 100, 800);
music.setVolume(128);
music.playTone(pitch, 50);
basic.pause(pulseDelay);
} else {
basic.pause(500);
}
});
HCSR04代码如何工作：
- 触发（
trig）： micro:bit向PU胸前发送一个微小的10微秒电脉冲。这告诉传感器发出人耳听不到的高频声波。 - 回波监听（
echo）： 传感器等待声波碰到墙壁后返回。pins.pulseIn命令精确测量声音在"空中"的微秒数。 - 数学计算： 声音以约343米/秒的速度传播。代码将时间乘以
0.0171821将"飞行时间"转换为厘米。 - 超时处理： 如果声音永不返回（因为房间太大），代码会假设一个默认距离，以免PU"卡住"等待。
5. 测试
- 下载代码到Robot PU内部的micro:bit。
- 将PU放在地板上，然后慢慢走向他。
- 听他的胸前！ 当你靠近时，应该能听到乒声变得更高、更急促。
- 尝试不同物体： PU能像"看见"硬木门一样"看见"柔软的泰迪熊吗？（提示：柔软表面吸收声波！）。 支持游戏手柄的版本：
6. 接下来可以做什么？
你的PU现在是声呐专家了！他还能做什么？
- 害怕机器人： 如果PU的胸前声呐检测到10cm以内有物体，让他自动后退！
- 表情眼神： 使用PU的LED聚光灯眼睛根据距离变换颜色——远为绿色，近为红色。
- 会说话的声呐： 将此与
pxt-billy库结合起来，让PU在靠得太近时说"检测到障碍物！"。
关于"别撞墙"游戏，以下是示例程序：
需要调整的关键方法是：
robotPu.walkDo(Math.map(distance, 8, 20, 0, 4), 0)
你想让我演示如何将"害怕机器人"的后退运动添加到声呐循环中吗？
你可以将更近的距离映射为负速度（太靠近墙壁时后退）
robotPu.walkDo(Math.map(distance, 7, 20, -1, 6), 0)
赢得比赛的其他技巧：
- 如何调整映射函数将声呐距离映射到速度
- 如何平滑声呐距离值以避免异常测量值和误差
- 如何使用前馈来处理传感器延迟。
为了使运动更加流畅，将walk命令移到专用的永久循环中。这让Robot PU能同时行走和发出蜂鸣声。
如何赢得"别撞墙"游戏
基本思路是获取距离并行走，不要添加任何其他会拖慢观察-思考-行动循环的代码。