【火同学】STM32学习笔记——HC—SR04(超声波模块)

本文章是基于正点原子战舰V3开发板，主要目的是记录自己所学过的知识点和分享技术开发的乐趣

注意：本博客中只有部分代码。整个工程已经放到文章末尾，大家自行下载食用哦！！

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超声波模块

1）由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人研制上也得到了广泛的应用。
2） HC-SR04超声波测距模块可提供2cm到400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达3mm。实测：10cm~300cm

一，HC-SR04基础介绍

(1)超声波测距原理

1）超声波测距原理是在超声波发射装置发出超声波，它的根据是接收器接到超声波时的时间差，与雷达测距原理相似。 超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。（超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离（s），即：s=340t/200）

(2)HC-SR04超声波测距模块工作原理

1）采用IO触发测距，给至少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输出一高电平，高电平持续时间就是超声波从发射到返回的时间声波从发射到返回的时间

(3)HC-SR04电气参数

(4)超声波的工作时序图

1）以上时序图表明你只需要提供一个10uS以上脉冲触发信号，该模块内部将发出8个40kHz周期电平并检测回波。
2）一旦检测到有回波信号则输出回响信号。回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比。由此通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距离。公式： uS/58=厘米或者uS/148=英寸;或是：距离=高电平时间*声速（340M/S） /2;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。

二，编程要点

1）触发信号Trig很简单直接通过IO输出和延时给一个大于10us的高电平即可触发。Echo引脚需要接收并记录高电平的持续时间。
2）思路讲解：在发送触发信号后，Echo响应后（上升沿）触发外部中断，开启定时器计时直到Echo变为低电平，关闭定时器记录下计时时间。

三，HC-SR04超声波模块程序设计

1）Timer_SRD_Init();定时器函数。

函数作用：Timer_SRD_Init()

• 定时器设置用来开启定时器计时，记录Echo变为低电平的时间。

void Timer_SRD_Init(u16 arr,u16 psc)
{
	TIM_TimeBaseInitTypeDef    TIM_TimeBaseInitSture;
	NVIC_InitTypeDef           NVIC_InitSture;
	
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);//使能TIM3
	
	//初始化定时器
	TIM_TimeBaseInitSture.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInitSture.TIM_Period=arr;
	TIM_TimeBaseInitSture.TIM_Prescaler=psc;
	TIM_TimeBaseInitSture.TIM_ClockDivision=0;
	TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseInitSture);
	
	//允许更新中断，触发方式中断
	TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE);
	TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Trigger,ENABLE);
	
	//中断优先级管理
	NVIC_InitSture.NVIC_IRQChannel=TIM3_IRQn;
	NVIC_InitSture.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
	NVIC_InitSture.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0;
	NVIC_InitSture.NVIC_IRQChannelSubPriority=3;
	NVIC_Init(&NVIC_InitSture);
	
	//TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);
}

void TIM3_IRQHandler(void)
{
	if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_Update)!=RESET)
	{
		TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_Update);
		
	}
}

2）Wave_SRD_Init();外部中断函数

函数作用：Wave_SRD_Init()

• 通过获取Echo变为低电平的时间来计算距离
• 给Trig一个大于10us的触发信号

#include "wave.h"
#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"

#define Trig GPIO_Pin_4

#define Echo GPIO_Pin_6

float Distance;

void Wave_SRD_Init(void)
{
	GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitSture;
	EXTI_InitTypeDef  EXTI_InitSture;
	NVIC_InitTypeDef  NVIC_InitSture;
	//如果外部中断的话则一定使能AFIO复用功能
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO|RCC_APB2Periph_GPIOE,ENABLE);
	
	
	//配置IO端口
	GPIO_InitSture.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;   //推挽输出模式
	GPIO_InitSture.GPIO_Pin=Trig;                //将PE4于Trig相连
	GPIO_InitSture.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;  
	GPIO_Init(GPIOE,&GPIO_InitSture);
	
	GPIO_InitSture.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPD;      //拉输入模式
	GPIO_InitSture.GPIO_Pin=Echo;                //将PE6于Echo相连
	GPIO_InitSture.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;  
	GPIO_Init(GPIOE,&GPIO_InitSture);
	
	//中断和6端口映射一起
	GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOE,GPIO_PinSource6);
	
	//外部中断配置
	EXTI_InitSture.EXTI_Line=EXTI_Line6;
	EXTI_InitSture.EXTI_LineCmd=ENABLE;
	EXTI_InitSture.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt;
	EXTI_InitSture.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Rising;
	EXTI_Init(&EXTI_InitSture);
	
	
	//中断优先级管理
	NVIC_InitSture.NVIC_IRQChannel=EXTI9_5_IRQn;
	NVIC_InitSture.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
	NVIC_InitSture.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2;
	NVIC_InitSture.NVIC_IRQChannelSubPriority=2;
	NVIC_Init(&NVIC_InitSture);
}

void EXTI9_5_IRQHandler(void)
{
	delay_us(10);
	
	
	if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line6)!=RESET)
	{
		TIM_SetCounter(TIM3,0);
		TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);
		
		while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE,Echo));  //等待低电平	
		TIM_Cmd(TIM3,DISABLE);
		
		Distance=(TIM_GetCounter(TIM3)*340)/200.0;
		
		if(Distance>0)
		{
			printf("Distance:%f cm\r\n",Distance);
		}
			
		EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line6);
	}
}

void Wave_SRD_Strat(void)
{
	GPIO_SetBits(GPIOE,Trig);   //将Trig设置为高电平
	delay_us(20);               //持续大于10us触发，触发超声波模块工作
	GPIO_ResetBits(GPIOE,Trig); 
	
}

3）main函数()

#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "exti.h"
#include "beep.h"
#include "timer.h"
#include "wave.h"
#include "sys.h"

 
 int main(void)
 {		
 
	delay_init();	    	 //延时函数初始化	  
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级
	uart_init(115200);	 //串口初始化为115200
 	LED_Init();		  		//初始化与LED连接的硬件接口
	BEEP_Init();         	//初始化蜂鸣器端口
	KEY_Init();         	//初始化与按键连接的硬件接口

	Timer_SRD_Init(9998,7199); //Tout= ((4999+1)*( 7199+1))/72=500000us=500ms
	Wave_SRD_Init();
	 
	while(1)
	{	    
		Wave_SRD_Strat();	
    LED1=!LED1;
    delay_ms(2000);
        	
	}
 }

四，HC-SR04超声波现象

• 程序主要为检测距离，当超过30cm时会出现警告