2021年09月13日 | 基于stm32的HC-SR04超声波测距模块使用

1 工作原理

使用超声波模块之前，先了解其IO口和工作原理：

1.1 IO说明

VCC: 供5V电源

GND: 为地线

TRIG: 触发控制信号输入

ECHO: 回响信号输出

1.2 基本工作原理：

认真看好以下工作原理，后面的代码就是基于工作原理来实现的。

(1)采用IO口TRIG触发测距，给最少10us的高电平信号。

(2)模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；

(3)有信号返回， 通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。 测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2

时序图:

2 程序编写

2.1 外设配置

根据两个信号引脚来配置两个单片机的IO口

trig: 需要产生一个10us高电平, 配置为推挽输出;

echo: 等待高电平脉冲并测量其脉冲宽度, 配置为下拉输入

测量echo的高电平持续的时间,需要用到定时器, 因此配置一个定时器，用来计时

void UltrasonicWave_Init(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;

  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);//开启GPIOB时钟

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE); //开启TIM２时钟

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1; // 对应trig引脚

  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

  GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; // 对应echo引脚

  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; //下拉输入

  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);   

   //定时器初始化,分频系数为71,则频率为1MHZ,每个计数为1us,(频率越高越精确)

   //重装载值为65535,溢出时间为1us*65536= 65.536ms=0.065536s

   //一个计数周期可以测距 0.065536s * 340m/s / 2  = 11.14112m

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 65535; 

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 71; 

TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; 

TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  

TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure); //

}

2.2 测距函数

根据工作原理 :

(1)采用IO口TRIG触发测距，给最少10us的高电平信号。

/***** 启动超声波 *****/

void UltrasonicWave_StartMeasure(void)

{

GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_1);   //拉高PB1电平

delay_us(20); 　　　　　　　　　　　//持续20us

GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_1); //拉低PB1电平

}

(2)有信号返回， 通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。 测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2

/***** 测距 *****/

float UltrasonicWave_Measure(void)   //

{

    while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_10)==1);//echo为高电平时,则等待至低电平,才启动超声波

UltrasonicWave_StartMeasure(); //启动超声波

while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_10) == 0);//等待echo的高电平到来

TIM_SetCounter(TIM2,0); //清零计数器

TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);  //使能定时器2,开始计数

while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_10) == 1);//等待echo的高电平结束

    TIM_Cmd(TIM52, DISABLE); //失能定时器2,截止计数

return (TIM_GetCounter(TIM2))/1000000*340/2 *100; //此处单位转换为cm

}

2.3 测距

int main()

{

float distance;

UltrasonicWave_Init(void);//初始化

delay_init();

while(1)

{

    distance = UltrasonicWave_Measure(void); //完成测距

    delay_ms(60);//建议测量周期为 60ms以上， 以防止发射信号对回响信号的影响。

    printf("distance:%5.2f ",distance);//打印到串口

        }

}

还可以使用中断方式进行测距, 大致框架如下, 有兴趣自行研究

  //先开启对应引脚双边沿触发中断, 中断服务函数大致如下

  float Distance;

  void EXTI15_10_IRQHandler(void)

  {

if(//发生中断)

{   

if(//上升沿)   

{

TIM_SetCounter(TIM2,0); //清零计数器

TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);  //使能定时器2,开始计数

  }

    if(//下降沿)

    {

    TIM_Cmd(TIM52, DISABLE); //失能定时器2,截止计数

Distance=(TIM_GetCounter(TIM2))/1000000*340/2 *100;//此处单位转换为cm

}

}

EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line10);  //清除中断标志   

 } 

  //主函数

```c

extern float Distance;

int main()

{

UltrasonicWave_Init(void);//初始化

while(1)

{

UltrasonicWave_StartMeasure();//启动超声波

    delay_ms(60);//建议测量周期为 60ms以上， 以防止发射信号对回响信号的影响。

    //Distance 在中断服务函数中被重新赋值

    printf("Distance:%5.2f ",Distance);//打印到串口

        }

}

以上超声波模块的使用一次记录