hello，读者们好！
前两章，主要讲述了环境参量的测量获取，想必大家都有些许收获。在这一章中，小编将介绍如何利用超声波来测距。在现实生活中，利用超声波测距的应用很多，广泛应用于机器人避障 、物体测距 、液位检测 、公共安防、停车场检测等领域。
1.模块介绍
本次测距使用的超声波为HC-SRO4，该模块共有4个引脚，分别是两个电源引脚VCC和GND，一个触发控制信号输入（TRIG）和一个回响信号输出（ ECHO），性能稳定，测度距离精确，模块高精度，盲区小。
那么，超声波模块测距原理是：首先，给Trig引脚至少10us的高电平信号，检测Echo是否有信号返回，若有信号返回，则Echo发出高电平。高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间，所以测试距离为（高电平时间*声速）/2。下面，就是超声波模块的时序图。
本模块使用方法简单，配合stm32的定时器TIM4，一个控制口发一个10us以上的高电平，就可以在接收口等待高电平输出。一有输出就可以开定时器TIM4计时，当此口变为低电平时就可以读定时器TIM4的值，此时就为此次测距的时间，方可算出距离。如此不断的周期测，即可以达到你移动测量的值。
2.软件编程
（1）配置超声波的引脚
/*初始化超声波引脚:Trig:PB0,Echo:PB1*/
void ultra_gpio_init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
/*使能GPIO的RCC时钟*/
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
/*配置Trig引脚*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;//Trig
GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
/*配置Echo引脚*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//Echo
GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
}
由于PB0接超声波Trig引脚，所以选择推挽输出模式，PB1接超声波Echo引脚，所以选择浮空输入模式。这样，超声波模块引脚就配置完成。
（2）定时器TIM4初始化
/*定时器4的NVIC配置*/
void tim4_nvic_config(void)
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = TIM4_IRQn;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;//抢占优先级为0
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;//子优先级为0
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);
}
/*定时器4初始化*/
void tim4_config(void)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
tim4_nvic_config(); //配置NVIC
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4,ENABLE);//开启时钟
TIM_DeInit(TIM4); //定时器4复位
TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period = 1000-1; //自动重装载寄存器值
TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler = 72-1; //时钟预分频数
TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //采样分频
TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //计数模式
TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseInitStruct); //初始化TIM4
TIM_ClearFlag(TIM4, TIM_FLAG_Update); //清除溢出中断标志
TIM_ITConfig(TIM4, TIM_IT_Update, ENABLE);
TIM_Cmd(TIM4, DISABLE);
}
由于考虑到测距时的距离过大，计数会溢出，出现不准确的现象，这里需要用到长计时，并且使用TIM4中断对计时变量进行自增，所以需要配置NVIC。这里设置的中断优先级比较高，因为测距不能被其他中断打断，否则可能出现数据不准的现象，或是数据抖动现象。其次，设置TIM4的中断溢出时间为1ms，此时还不能开启定时器TIM4。
（3）编写定时器中断程序
/*定时器4中断服务函数*/
void TIM4_IRQHandler(void)
{
if(TIM_GetITStatus(TIM4 ,TIM_IT_Update)!=RESET)
{
TIM4_NUM++;//长计时变量
}
TIM_ClearITPendingBit(TIM4 ,TIM_FLAG_Update);
}
为避免测量的距离过长，这里我们需要进行长计时，只需在中断函数里这样操作：TIM4_NUM++，同时记得在每次测量距离前对TIM4_NUM复位即可。
（4）编写超声波测距相关函数
/*启动超声波测距*/
u16 ultra_measure(void)
{
u16 distance;
TRIG_H;
delay_us(20);
TRIG_L;
while(ECHO==RESET);
TIM_SetCounter(TIM4,0);
TIM4_NUM = 0;
TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);
while(ECHO!=RESET);
TIM_Cmd(TIM4, DISABLE);
distance = (u16)ultra_get_distance();
return distance;
}
/*获取超声波传播时间,间接计算出距离*/
float ultra_get_distance(void)
{
u32 time;
float distance;
time = TIM4_NUM*1000;
time += TIM_GetCounter(TIM4);//获取超声波测距总时间
TIM4->CNT = 0; //定时器复位
distance = (float)time*0.017;
return distance;
}
这里，需要查阅超声波手册中的时序图，方可编写程序。首先，向给trig 发送至少10 us的高电平脉冲，然后等待，捕捉 echo 端输出上升沿，捕捉到上升沿的同时，打开定时器开始计时，再次等待捕捉echo的下降沿，当捕捉到下降沿，读出计时器的时间，这就是超声波在空气中运行的时间，按照测试距离=（高电平时间*声速）/2 就可以算出超声波到障碍物的距离。
这里我们测算的距离：distance = (float)time*0.017，计算的距离单位为cm。
（5）主函数调用测距函数
最后，在主函数里，调用测距函数即可获取到距离值，再通过lcd显示函数，显示出距离值。
value = ultra_measure();
lcd_display_string(0,32,"测量距离");
lcd_display_num_m(3, 48, value/1000);
lcd_display_num_m(3, 56, (value%1000)/100);
lcd_display_num_m(3, 64, (value%100)/10);
lcd_display_num_m(3, 72, value%10);
通过本章的介绍，相信你对于超声波测距应该了解不少了吧，相信你也可以做出来的。通过不断改变超声波和障碍物之间的位置，距离值会随之改变，是不是很有趣啊~
到目前为止，多功能时钟已经具备了显示时间、测量温湿度、测量空气质量以及测距的功能，但我们的LCD显示部分还没有优化。在下一章中，小编将带着大家完成多功能时钟人机交互界面（简称UI）的开发，到时候，我们的界面就会变得比较美观了。敬请期待~