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1. 超声波测距原理与硬件接口分析

超声波测距模块（以HC-SR04为例）是一种成熟、低成本且在嵌入式小车项目中广泛使用的距离感知方案。其核心原理基于声波在空气中的恒定传播速度与时间飞行（Time-of-Flight, ToF）的物理关系。模块内部集成了超声波发射器与接收器，工作时并非被动感应，而是主动发射一串40kHz的超声波脉冲，并同步启动计时；当该脉冲遇到障碍物反射回接收器时，模块停止计时，并输出一个高电平持续时间与飞行时间严格等长的信号。

整个测距过程可由以下公式精确描述：

$$ L = \frac{v \times t}{2} $$

其中：
- $ L $：被测物体到模块前端的直线距离（单位：米）
- $ v $：声波在空气中的传播速度（单位：米/秒）
- $ t $：超声波从发射到被接收的总往返时间（单位：秒）

分母中的“2”是关键，它体现了声波路径为“发射→障碍物→接收”的往返行程，而我们实际需要的是单程距离。

声速 $ v $ 并非绝对常量，它随环境温度、湿度及气压变化。在标准大气压、相对湿度50%的条件下，声速与摄氏温度 $ T $ 的近似关系为：

$$ v \approx 331.4 + 0.6 \times T \quad (\text{m/s}) $$

对于室内常温（约25℃）场景，声速约为346 m/s。将此值代入公式并完成单位换算（将微秒 μs 转换为秒 s），可得工程上最常用的简化计算式：

$$ L(\text{cm}) \approx \frac{t(\mu s) \times 0.0346}{2} \approx t(\m