超声波模块HC-SR04调试经验分享

这段时间要用超声波做一个演示实验，就是使用超声波和舵机结合，做一个自动壁障演示实验。

就是将超声波接到舵机上，通过转动舵机来获取各个方向到小车的距离，从而控制小车运动，避开障碍物，并寻找最佳路径。整个小车基于航太电子提供的51智能小车，如下图：

车前面的超声波模块就是固定在下面的舵机上面的，实际实验时需要将显示屏取下，否则会档到舵机。

下面简单说下超声波模块：

HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路，检测角度为30°。

另外还有超声波的控制方式：

(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

下面说说这个超声波的缺陷了，由于该超声波测距本身的缺陷以及该模块也是市面上比较便宜的模块，在实际运行时往往达不到要求，特别是小车在运行时整个车子是在震动的，对距离测试十分不利。

当车子在跑动时测出来的距离变动幅度会较大，如果加上舵机的转动，想实时测到距离是更不可能的了。目前超声波测量周期建议是100ms，在100ms的时间里，超声波在车上的变动还是比较大的，所以在测量距离的时候，尽量让车子停下来，而且舵机停止转动。

另外还有一个大问题，就是前面的障碍物与超声波不是正对着，而是呈一个较大的角度时，测出来的距离也是不准的。这种现象体现在当小车与墙斜着跑过去时会直接撞上去，显然是完全没检测到墙面。根据示波器查看结果，当相对正对超声波倾斜角度小于约30°时，还是可以测出来的，当变得更大时，就会出现回响电平突然变得很长的情况，这种时候也会有测量比较接近实际的时候，所以在这里需要做滤波处理。回响信号要么是接近实际，要么是很长，这样的情况是很好判断的。

下面是我基于51单片机平台做的超声波读取的方法，暂没考虑单片机性能浪费的问题，用到了while等待。触发信号输出以及回响信号计数采用了定时器T2

如下：

初始化函数，对T2 初始化

void UltraSoundInit()
{
	Trig = 0;
	TH2 = RCAP2H = 0;
	TL2 = RCAP2L = 0;  
	TR2 = 0;//关闭定时器	
	ET2=1;             //允许T2中断
}

然后就是T2的中断函数，当定时器溢出时进入，可以用来判断输出的回响信号是否过长，当超声波模块异常时也可用来跳出while死循环

/*******************************************************************************
* 函 数 名 ：Timer0Int
* 函数功能 ：定时器0中断服务函数
* 输    入 ：无
* 输    出 ：无
*******************************************************************************/
void Timer2Int() interrupt 5 // 定时器2中断是5号，当定时器2发生溢出时说明量测的距离过远或超声波本次测量异常
{
	TF2 = 0;
	overflow_count++;
	TH2 = 0;
  TL2 = 0;
  if(overflow_count == 2)
	{
		status = 5;//超时
	}
	
}

下面就是测量的方法，比较简单，当测量失败就让那个全局变量为0，注意：超声波是有最小测量距离的，一般障碍物理超声波2cm以内时，测得距离就不准了，所以测量距离不可能为0 

void GetDistance()
{
		//发送触发信号
		Trig = 1;
		status = 1;
		TH2 = 0;
		TL2 = 0;
		TR2 = 1;//打开定时器
		while(TL2 < 42);//延时超过10us
		status = 2;
		Trig = 0;
	  TR2 = 0;
		TH2 = 0;
		TL2 = 0;
	  overflow_count = 0;	
	  TR2 = 1;
		while(Echo == 0)//等待回向信号起始位置
		{
			if(status == 5) 
			{
				status = 0;
				distance_cm = 0;
				return;//本次失败
			}
		}	
		TR2 = 0;//清空计数
		TH2 = 0;
		TL2 = 0;
	  overflow_count = 0;	
		
		TR2 = 1;
		while(Echo == 1)//开始计算长度
		{
			if(status == 5) 
			{
				status = 0;
				distance_cm = 0;
				TR2 = 0;
				return;//本次失败
			}
		}
		dis_count =overflow_count*65536 + TH2*256 + TL2;
		TR2 = 0;
		distance_cm = (unsigned int)(((long)(dis_count) * 34)/8000);//声速 dis_count*(1/(FOSC/12))*Vsound*100/2
		status = 0;//准备下次发送	
}

下面就是要调用上面函数的方法，注意这个函数执行间隔至少是100ms（其实75ms的时候也可以）

void GetDistanceDelay()
{
	distance_cm = 0;
	while(distance_cm == 0)
	{
		GetDistance();
		if(distance_cm != 0)
		{
			return;
		}
		Delayms(100);
	}	
	
}

这样做虽然浪费了很多处理器性能，但比起获得错误数据还是要好些。在这个实验中，除了车子前行时没100ms检测一次距离，在其他时候都是要等车子停止时才测距的，另外使用超声波做这个事本来就是比较勉强的，如果想要更好的效果，建议搭配其他传感器如光电对管壁障模块，用这个模块来检测斜边的障碍物还是很有效的，也就是远处交给超声波处理，近处交给壁障模块处理。