STM32单片机连接HC_SR04超声波模块测距

原文链接：https://blog.csdn.net/m0_37655357/article/details/72934643

首先，先来看一下这个模块的基本功能和原理。

HC-SR04超声波测距模块可提供约2cm400厘米的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3毫米;模块包括超声波发射器，接收器与控制电路像智能小车的测距以及转向，或是一些项目中，常常会用到。智能小车测距可以及时发现前方的障碍物，使智能小车可以及时转向，避开障碍物。

注意是5v输入，但是我用stm32的3.3v输入也是没有问题的。

二，工作原理

      1.给超声波模块接入电源和地
      。2.给脉冲触发引脚（trig）输入一个长为20us的高电平方波

      3.输入方波后，模块会自动发射8个40KHz的声波，与此同时回波引脚（echo）端的电平会由0变为1;（
      当此时应该启动定时器计时）4.当超声波返回被模块接收到时，回波引脚端的电平会由1变为0;（此时应该停止定时器计数），定时器记下的这个时间即为超声波由发射到返回的总时长
      5 。根据声音在空气中的速度为344米/秒，即可计算出所测的距离。

      要学习和应用传感器，学会看懂传感器的时序图是很关键的，所以我们来看一下HC-SR04的时序触发图。

    

 

    我们来分析一下这个时序图，先由触发信号启动HC-RS04测距模块，也就是说，主机要先发送至少为10us的高电平，触发HC-RS04，模块内部发出信号是传感器自动回应的，我们不用去管它。输出回响信号是我们需要关注的。信号输出的高电平就是超声波发出到重新返回接收所用的时间。用定时器，可以把这段时间记录下来，算出距离，别忘了结果要除于2，因为总时间是发送和接收的时间总和。

下面是亲测可用的驱动程序。

芯片型号为STM32F103ZET6，超声波测距后通过串口打印到电脑上面。

驱动和测距;

//超声波测距

#include“hcsr04.h”

#define HCSR04_PORT GPIOB
#define HCSR04_CLK RCC_APB2Periph_GPIOB
#define HCSR04_TRIG GPIO_Pin_5
#define HCSR04_ECHO GPIO_Pin_6

#define TRIG_Send PBout（5）
#define ECHO_Reci PBin（6）

u16 msHcCount = 0; //毫秒计数

void  Hcsr04Init（）
{
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;     //生成用于定时器设置的结构体
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd（HCSR04_CLK，ENABLE）;

        // IO初始化
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = HCSR04_TRIG;       //发送电平引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出
    GPIO_Init（HCSR04_PORT，＆GPIO_InitStructure）;
    GPIO_ResetBits（HCSR04_PORT，HCSR04_TRIG）;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = HCSR04_ECHO;     //返回电平引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空输入
    GPIO_Init（HCSR04_PORT，＆GPIO_InitStructure）;
        GPIO_ResetBits（HCSR04_PORT，HCSR04_ECHO）;

            //定时器初始化使用基本定时器TIM6
        RCC_APB1PeriphClockCmd（RCC_APB1Periph_TIM6，ENABLE）;   //使能对应RCC时钟
        //配置定时器基础结构体
        TIM_DeInit（TIM2）;
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period =（1000-1）; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的计数到1000为1ms
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =（72-1）; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值1M的计数频率1US计数
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //不分频
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  // TIM向上计数模式
        TIM_TimeBaseInit（TIM6，＆TIM_TimeBaseStructure）; //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMX的时间基数单位

        TIM_ClearFlag（TIM6，TIM_FLAG_Update）;   //清除更新中断，免得一打开中断立即产生中断
        TIM_ITConfig（TIM6，TIM_IT_Update，ENABLE）;    //打开定时器更新中断
        hcsr04_NVIC（）;
    TIM_Cmd（TIM6，DISABLE）;
}


//提示：静态函数的作用域仅限于定义它的源文件内，所以不需要在头文件里声明
static void  OpenTimerForHc（）         //打开定时器
{
        TIM_SetCounter（TIM6,0）; //清除计数
        msHcCount = 0;
        TIM_Cmd（TIM6，ENABLE）;  //使能TIMX外设
}

static void  CloseTimerForHc（）         //关闭定时器
{
        TIM_Cmd（TIM6，DISABLE）;  //使能TIMX外设
}


 // NVIC配置
void  hcsr04_NVIC（）
{
            NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
            NVIC_PriorityGroupConfig（NVIC_PriorityGroup_2）;

            NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM6_IRQn;             //选择串口1个中断
            NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;  //抢占式中断优先级设置为1
            NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;         //响应式中断优先级设置为1
            NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;        //使能中断
            NVIC_Init（＆NVIC_InitStructure）;
}


//定时器6中断服务程序
void  TIM6_IRQHandler（void ）    // TIM3中断
{
        如果 （TIM_GetITStatus（TIM6，TIM_IT_Update）！= RESET）   //检查TIM3更新中断发生与否
        {
                TIM_ClearITPendingBit（TIM6，TIM_IT_Update）;  //清除TIMX更新中断标志
                msHcCount ++;
        }
}


//获取定时器时间
u32 GetEchoTimer（void ）
{
        u32 t = 0;
        t = msHcCount * 1000; //得到MS
        t + = TIM_GetCounter（TIM6）; //得到美国
          TIM6-> CNT = 0;  //将TIM2计数寄存器的计数值清零
                Delay_Ms（50）;
        返回 t;
}


//一次获取超声波测距数据两次测距之间需要相隔一段时间，隔断回响信号
//为了消除余震的影响，取五次数据的平均值进行加权滤波。
float  Hcsr04GetLength（void  ）
{
        u32 t = 0;
        int  i = 0;
        float  lengthTemp = 0;
        float  sum = 0;
        而（i！= 5）
        {
        TRIG_Send = 1;      //发送口高电平输出
        Delay_Us（20）;
        TRIG_Send = 0;
        while （ECHO_Reci == 0）;      //等待接收口高电平输出
            OpenTimerForHc（）;        //打开定时器
            i = i + 1;
            while （ECHO_Reci == 1）;
            CloseTimerForHc（）;        //关闭定时器
            t = GetEchoTimer（）;        //获取时间，分辨率为1US
            lengthTemp =（（float ）t / 58.0）; //厘米
            sum = lengthTemp + sum;

    }
        lengthTemp = sum / 5.0;
        返回 长度Temp;
}


/ * :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: :::::::::::::
**函数名称：Delay_Ms_Ms
**功能描述：延时1MS（可通过仿真来判断他的准确度）
**参数描述：time（ms）注意时间<65535
:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: ::::::::::: * /
void  Delay_Ms（uint16_t time）   //延时函数
{
    uint16_t i，j;
    for （i = 0; i
        for （j = 0; j <10260; j ++）;
}
/ * :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: :::::::::::::
**函数名称：Delay_Ms_Us
**功能描述：延时1us（可通过仿真来判断他的准确度）
**参数描述：time（us）注意时间<65535
:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: ::::::::::: * /
void  Delay_Us（uint16_t time）   //延时函数
{
    uint16_t i，j;
    for （i = 0; i
        for （j = 0; j <9; j ++）;
}

但是关于USART的函数我就不往上写了，这个简单的串口打印大家应该都会写。下面简单贴一下我的主函数吧。

/ *
教训：实验前一定要检查引脚连接是否正确，万不可搞错，不然又要烧坏芯片!!!!
2017年6月8日
* /

#include“hcsr04.h”
#include“chao_usart.h”

int  main（）
{

        浮动 长度;

        GPIO_cfg（）;
      NVIC_cfg（）;
        USART_cfg（）;
        printf（“串口初始化成功！\ n” ）;

        Hcsr04Init（）;
        printf（“超声波初始化成功！\ n” ）; //测试程序是否卡在下面两句上面

        长度= Hcsr04GetLength（）;
        printf（“距离为：％。3f \ n” ，长度）;


}

实验结果：

 

好了，其实这个模块很简单，但是要是把他用的很好的话还是比较困难的，比如用超声波做一个四轴定高的程序，还是有一定的挑战性的。

写这篇博​​客的目的不仅仅是介绍这个模块的使用，其实这种使用介绍网上一搜一大把，我只是想纪录一下，我在做这个模块的时候遇到的一些其他的问题。

其中有一个小插曲，就是当吧写好的程序烧进去之后，运行时总是出现每次返回一个同样的比正常值小的多的数据，比如说0.034厘米，这明显是一个错误的数据，但是刚开始的时候，不知道为什么

总是这样，多次复位从新上电总是这一个数据。让我很是苦恼。但是幸运的是，在这样的情况中间，他又会有时出现一两个正常的的数据，让你有点摸不着头脑。

上网查了一下才慢慢明白，这种现象叫做“余震”，网上关于余震的解释大致有三种：

  如图1所示，探头的余震。即使是分体式的，发射头工作完后还会继续震一会，这是物理效应，也就是余震。这个余震信号也会向外传播。如果你的设计是发射完毕后立刻切换为接收状态（无盲区），那么这个余震波会通过壳体和周围的空气，直接到达接收头，干扰了检测（注：通常的测距设计里，发射头和接收头的距离很近，在这么短的距离里超声波的检测角度是很大的，可达180度）
  。2，壳体的余震。就像爆钟一样，能量仍来自发射头。发射结束后，壳体的余震会直接传导到接收头，当然这个时间很短，但已形成了干扰。另外，在不同的环境温度下，壳体的硬度和外形会有所变化，其余震有时长，有时短，有时干扰大，有时干扰小，这是设计工业级产品时必须要考虑的问题。
  3，电路串扰。超声波发射时的瞬间电流很大，例如某种工业级连续测距产品瞬 电流会有15A，通常的产品也能达到1A，瞬间这么大的电流会对电源有一定影响，并干扰接收电路。通过改善电源设计可以缓解这种情况，但在低成本设计中很难根除。所以每次发射完毕，接收电路还需要一段时间稳定工作状态。在此期间，其输出的信号很难使用。

 

消除上述现象的方法之一就是在检测的时候多次循环检测，取平均值，也就是加权平均滤波，一个简单的滤波处理就是下面这一段：

              u32 t = 0;
int  i = 0;
float  lengthTemp = 0;
float  sum = 0;
而（i！= 5）
{
TRIG_Send = 1;      //发送口高电平输出
Delay_Us（20）;
TRIG_Send = 0;
while （ECHO_Reci == 0）;      //等待接收口高电平输出
    OpenTimerForHc（）;        //打开定时器
    i = i + 1;
    while （ECHO_Reci == 1）;
    CloseTimerForHc（）;        //关闭定时器
    t = GetEchoTimer（）;        //获取时间，分辨率为1US
    lengthTemp =（（float ）t / 58.0）; //厘米
    sum = lengthTemp + sum;


lengthTemp = sum / 5.0;
返回 长度Temp;

加了这个之后，基本上就没有出现余震现象了。

还有一点就是测试程序前一定要检查引脚有没有接错，不管多有把握，也要看一遍，不然很容易出大事的，一个芯片也许就因为你的大意给GG了。切记，这个应该也算我们这个行业的基本素养吧。