19.[STM32]HC_SR04超声波测距_定时器方式（OLED显示）

作者简介：大家好啊，我叫DW，每天分享一些我新学到的知识，期待和大家一起进步
   
 
 系列专栏：STM32
   
 

 小实验目标：在OLED上显示HC_SR04测距的值
 如有写得不好的地方欢迎大家指正

 开发板：STM32F103ret6
创作时间：2022年6月11日

目录

HCSR_04特点

超声波测距原理 

实物图连接图

HC_SR04程序编写 

配置IO口

 超声波测距函数

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HCSR_04特点

        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，测距精度可达到3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。

超声波测距原理 

        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(秒)，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即:s=340t/2。

实物图连接图

​

VCC 供 5V电源

GND 为地线

Trig 触 发 控 制 信 号 输入,与STM32单片机的接PA6相连接

Echo() 回响信号,与STM32单片机的接PA7相连接

HC_SR04程序编写 

配置IO口

初始化Trig和Echo两个引脚，并配置定时器中断。 

u32 msCount = 0;

void HC_SR04_UserConfig(void){

	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_InitStructure;
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	
	 
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//使能USART1，GPIOA时钟
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM6,ENABLE);		//使能定时器6时钟
	


	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = Trig; //触发测距引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;	//推挽输出
	GPIO_Init(HC_PROT, &GPIO_InitStructure);
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = Echo; //信号回响引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;	//下拉
	GPIO_Init(HC_PROT, &GPIO_InitStructure);
	
	TIM_DeInit(TIM6);
	TIM_InitStructure.TIM_Period = 1000-1;//1MS
	TIM_InitStructure.TIM_Prescaler = 72-1;//预分配系数
	TIM_InitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;//不分频
	TIM_InitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;//向上计数
	TIM_InitStructure.TIM_RepetitionCounter = DISABLE;//不开启重复计数
	TIM_TimeBaseInit(TIM6,&TIM_InitStructure);//定时器初始化
	
	TIM_ClearFlag(TIM6,TIM_FLAG_Update);
	TIM_ITConfig(TIM6,TIM_IT_Update|TIM_IT_Trigger,ENABLE);//使能中断源和中断触发
	TIM_Cmd(TIM6,DISABLE);//关闭定时器
	
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_0);
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM6_IRQn;//选择TIM6中断
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;//抢占优先级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;//子占优先级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;//中断使能
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);//初始化中断
	

}
void TIM6_IRQHandler(void){

	if(TIM_GetITStatus(TIM6,TIM_IT_Update) != RESET){//判断中断是否产生  1MS
	
		TIM_ClearITPendingBit(TIM6,TIM_IT_Update);//清空中断标志位
		msCount++;
	}
}

 为什么配置Echo引脚为下拉模式呢？因为由时序图可以看出，没有检测到回响信号时，Echo一直处于低电平状态，如果模式设置为浮空的话是不稳定的。

        当检测到信号时引脚拉高，当没有检测到信号时引脚自动拉低，所以配置为下拉模式。

        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。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。由此通过发射信号时的时间和接收到回响信号时的时间的间隔，就可以计算得到距离。

        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。 

 超声波测距函数

1. data1为通过厘米换算的值，data2为通过声速换算的值。

2. 由超声波时序图可以知道，当产生10us以上的触发脉冲时，Echo处于信号回响状态，当一开始时我们不确定此时输出回响信号Echo是否处在低电平状态，所以首先要判断Echo引脚的电平状态，以此用来查看上次有没有完成数据转换，之后再去触发信号Trig。

	while(GPIO_ReadInputDataBit(HC_PROT,Echo) == 1);//!1,则执行下一步
	
	Trig_High;
	delay_us(20);
	Trig_Low;

3.  如果有触发信号Trig，模块内部会自动产生8 个 40kHz 周期电平，之后再判断Echo是否有高电平输出；

	while(GPIO_ReadInputDataBit(HC_PROT,Echo) == 0);//!=0
	TIM_SetCounter(TIM6,0);//清空计数器
	msCount = 0;//清空中断计数器值
	TIM_Cmd(TIM6,ENABLE);//开启TIM6中断

 4. 当Echo不为高电平时，则我们记录下一个回响电平，我们此时关闭TIM6.

	while(GPIO_ReadInputDataBit(HC_PROT,Echo) == 1);//!1
	TIM_Cmd(TIM6,DISABLE);

 5. 获取高电平时间，并进行距离换算。

	Count = msCount*1000;//us = ms * 1000
	Count = Count + TIM_GetCounter(TIM6);//高电平时间
	
	*data1 = Count/58;// us/58
	*data2 = Count*0.017;// 340 00/1000 000=0.034  0.034/2=0.017
    //有来回两段距离，故需要/2
	delay_ms(100);

完整函数代码如下：

void HC_SR04_Ranging(u16 *data1,u16 *data2){
	
	u32 Count = 0;

	while(GPIO_ReadInputDataBit(HC_PROT,Echo) == 1);//!1,则执行下一步
	
	Trig_High;
	delay_us(20);
	Trig_Low;
	
	while(GPIO_ReadInputDataBit(HC_PROT,Echo) == 0);//!=0
	TIM_SetCounter(TIM6,0);//清空计数器
	msCount = 0;//清空中断计数器值
	TIM_Cmd(TIM6,ENABLE);//开启TIM6中断
	
	while(GPIO_ReadInputDataBit(HC_PROT,Echo) == 1);//!1
	TIM_Cmd(TIM6,DISABLE);//关闭定时器
	
	Count = msCount*1000;//us = ms * 1000
	Count = Count + TIM_GetCounter(TIM6);//高电平时间
	
	*data1 = Count/58;// us/58
	*data2 = Count*0.017;// 340 00/1000 000=0.034  0.034/2=0.017
	delay_ms(100);
}

340m/s等于 ? cm/us

1s=1000 000 us
340 00/1000 000=0.034
340m/s=0.034cm/us 

6. 为了使获得的数据更加准确，我们需要多次测量获取平均值。

void HC_SR04_Debolan(u8 mode){

	u16 data1 = 0,data2 = 0; u32 data = 0;
	HC_SR04_Ranging(&data1,&data2);
	
	if(mode){  //厘米换算
	
		for(u8 i=0;i<5;i++){
		
			data = data + data1;
		}
		OLED_Write_Number(0,40,data/5);
	}
	else{	//声速换算
	
		for(u8 i=0;i<5;i++){
		
			data = data + data2;
		}
		OLED_Write_Number(4,40,data/5);
	}
}

我们配置了两种模式，模式1为厘米换算的值，模式0为声速换算的值。

 7. 主函数

#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "oled.h"
#include "HC_SR04.h"


 int main(void)
 {		
	  delay_init();
	  OLED_UserConfig();
	  OLED_Init();
	  OLED_Display_On();
	  HC_SR04_UserConfig();
	 
	  //OLED_Display_Off();
 	while(1){
	
		    //OLED_Write_Number(2,40,131);
			HC_SR04_Debolan(1);//厘米换算
	}
 }
 

        全部的源代码已经介绍完毕，我们在测距模块3cm出放置障碍物，可以看到液晶屏幕上显示数字3，在模式1和模式0下都能准确的测量出距离。

为了方便下次查找，记得点点关注哦。

本章结束，我们下一章见

参考资料：

1.STM32固件库手册

2.正点原子STM32不完全手册_库函数版本

3.参考视频

资料已上传，需要自取