HC-SR04超声波模块使用记录

HC-SR04超声波模块使用记录

具体使用方法见HC-SR04使用手册，本文重点记录该模块使用中的一些问题，和相应的解决方式。

轮询测量方式

以下描述都是针对用中断方式触发，延时等待Echo高电平，如果超出最大距离，跳出等待循环结束的处理方式。

下面示波器的显示：

• 通道2：2号超声波的Echo引脚
• 通道3：1号超声波的Echo引脚
• 通道4：2号超声波的Trig引脚

一、模块使用中的问题

1. 在测量过程中，如果测量距离超过量程，程序中可以测得距离为2400cm左右（该距离值并不准确），通过示波器可以看出Echo高电平的持续时间为140ms左右。如下图：

   

2. 这里的问题表述是基于设定最大距离为100cm，模块对房顶的距离为190cm左右。

   • 如果两个超声波模块朝同一个方向测量，相互之间测量是有干扰的。两个模块之间同时朝一个方向，后面一个测量的模块会明显比前一个模块之间的值小一点。串口显示：1号超声波的距离为99cm，2号超声波的距离为85cm左右。

     下面示波器显示的Echo回响信号的时间，显然是受到的相互的干扰。如果两个信号之间没有干扰，理论上两个超声波Echo（通道3、通道2）高电平的持续时间都应为12ms左右。但是两个持续时间明显没有12ms。但两个实际的持续时间之和为12ms左右。（推测：在1号超声波测量达到极限距离100cm后，跳出等待，开始下发2号超声波的触发信号，超声波2开始发出脉冲信号，1号超声波接收到了2号超声波发出的脉冲信号，所以Echo被拉低了。等到2号超声波在测量过程中恰好收到了，1号超声波发出的脉冲信号碰到房顶反射回来的脉冲信号，故而被拉低了。因此两个测量持续时间之和为12ms）

     

   • 下面描述的是两个超声波也都朝向天花板但2号超声波上边几厘米的位置被遮挡的情况

     推测：二号超声波属于正常测距，但2号超声波的部分脉冲信号被1号超声波的接收端接收到了因此被拉低了

     

   • 下面描述的是两个超声波都朝向天花板，但1号超声波上边几厘米被遮挡的情况

     1号超声波正常测距，因而一号超声波的回响信号也已经结束，此时开启2号超声波测距，不会受到1号的影响因而Echo高电平的持续时间为12ms左右。

     

   上面三种情况的描述，基本可以证明推测的正确性。因此，我们可以得到一个明确的结论：两个超声波模块不能朝相同的方向测距。

3. 超声波探头和被测面之间的夹角可能会对测量距离产生干扰。

二、应对方法

1. 不使用超时跳出等待的方式，完全等待回响的高电平信号结束后才开启下一个超声波模块的测量。

   优点：不存在回波信号的干扰问题。

   缺点：如果周围比较空旷（超出量程，单个周期约为140ms）或需要同时处理多个超声波模块时，测量周期会很长，导致无法快速响应。

2. 以该超声波模块的最大测量量程为最大测量距离，超出该距离则跳出（假设测量最大距离为5m，对应的时间约为30ms）

   优点：基本不存在回波干扰问题。

   缺点：如果需要设定的最大距离小于模块的最大量程，测量周期还是偏长。

   该情况可以具有良好的适用性，可以满足大多数发布频率的需求（假设有6个超声波，发布也可以达到5hz）

3. 直接设定需要的最大测量距离，超过该设定值则跳出（假设设定值为255cm，对应的时间为15ms）

   优点：可以明显提高测量周期

   缺点：可能有回波干扰问题

   该情况要注意一点，模块要尽量大角度朝不同的方向，防止回波信号对其他模块的测量产生干扰。

三、注意

在编程时一定要注意：如果使用多个超声波模块测量，发送触发信号之间一定要保证一定的时间间隔，该间隔一定要保证当前超声波测量过程进入了中断函数即Echo引脚变为了高电平。从示波器实测从触发信号发出到Echo引脚产生高电平的时间约为470us左右。因此两个超声波信号的触发信号之间要至少保证有470us的延时时间。

分时测量

通过设定时间片，记录系统运行时间，通过设定时间戳来通过触发标志计算时间进而算出距离

优点：理论上可以支持无限多个模块同时测量，且测量周期和一个的测量周期一致。

缺点：受限于模块之间的朝向，回波干扰等的因素的影响，测量结果有一定的失真。

利用输入捕获测量

该测量方式充分利用了定时器外设与中断的特性，类似于分时测量的效果。

优点：理论上可以支持无限多个模块同时测量，且测量周期和一个的测量周期一致。

利用输入捕获测量

该测量方式充分利用了定时器外设与中断的特性，类似于分时测量的效果。

优点：理论上可以支持无限多个模块同时测量，且测量周期和一个的测量周期一致。

缺点：受限于模块之间的朝向，回波干扰等的因素的影响，测量结果有一定的失真。只有特定的输入捕获引脚才能实现该功能。