最详细STM32,cubeMX 超声波测距

这篇文章将详细介绍 STM32使用 cubeMX驱动超声波测距 。

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前言

• 实验材料：STM32F103C8T6开发板， HC-SR04 超声波模块。
• 所需软件：keil5 ， cubeMX ，AiThinker Serial Tool 串口助手。
• 实验目的：了解 STM32使用 cubeMX驱动超声波 。
• 实验：超声波测距。

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一、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。有4 个引脚：VCC, GND, Trig（信号触发引脚），Echo(接收返回信号)。

当超声波发出一个信号时，信号碰到物体或阻碍后会立即返回。只要得到 信号往返传输的时间就可以测出距离。

参数列表：
工作电压 VCC ： 5 V
最远射程 ： 4m
最近射程 ：2cm
信号传输速度 ：340m/s

测距原理 ：

下图是 超声波时序图。

1. 首先让超声波的 trig 引脚发送触发信号：一个 10 us 的 TTL 高电平。

2. 然后模块内部会自动循环发出 8 个 40 KHZ 的脉冲。

3. 接着 超声波的 echo 引脚会接收到回返信号。

4. 最后只需要计算出这段回返信号的高电平时间 再带入公式 S = 340(m/s) * T(s) / 2 即可算出距离.这里是往返时间，要除 2。（因为 高电平的时间就是信号往返传输的时间）
   

二、cubeMX 配置

对于基础的配置可以看我之前的文章。

1. 由于 要发送一个 10us 的高电平，这个时间用定时器进行配置，所以这里我使用 定时器 2 进行延时。（尽量不要使用 HAL_Delay 函数，多次使用会导致程序卡顿）

这里选择内部时钟源，并配置相关参数。这里配置的参数是 1us 延时。

2. 我们还需要 一个定时器去 计算回返信号的高电平时间。使用定时器3。配置的定时时间依然是 1us。

如果对 定时器的定时时长有不了解的可以参考我之前的文章：最详细STM32,cubeMX 定时器

4. 需要将测出的距离使用串口助手打印出来，所以这里需要使用一个 串口 USART2.(使用 异步传输)

如果对 串口的配置有不了解的可以参考我之前的文章：最详细STM32,cubeMX串口发送，接收数据

6. 对于检测 是否接收到 回返信号 ，可以使用外部中断。

超声波需要两个引脚分别用来 发送触发信号 ，接收回返信号。所以，这里我使用 PB3 用来 发送触发信号，设置为输出引脚。使用 PB6 接收信号，并将其设置为 外部中断模式。

如果对 外部中断的配置有不了解的可以参考我之前的文章：STM32不使用 cubeMX实现外部中断

• 并将 PB6 设置为 双边沿触发中断。
  

• 并将外部中断使能。
  

三、实验程序

sr04.h:

#ifndef _SR04_H_
#define _SR04_H_

#include 
#include "main.h"

#define		Trigger_ON 		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_3,GPIO_PIN_SET)
#define		Trigger_OFF 	HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_3,GPIO_PIN_RESET)


void Delay_us(uint16_t us);						// 使用定时器2编写的延时函数
void Trigger_signal(void);						// 发送 10us 的触发信号


#endif

sr04.c:

#include "sr04.h"

int distance_cm = 0;


extern TIM_HandleTypeDef htim2;
extern TIM_HandleTypeDef htim3;


/* 延时函数（单位 us） */
void Delay_us(uint16_t us)
{
	uint16_t time = 0xffff - us - 5;
	__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim2,time);								// 设置 定时器2 的值
	HAL_TIM_Base_Start(&htim2);										// 开启定时器2

	while(time < 0xffff-5)
	{
		time = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim2);						// 获取定时器2 值
	}

	HAL_TIM_Base_Stop(&htim2);										// 停止 定时器2
}


/* 发送 10us 的触发信号 */
void Trigger_signal(void)
{
	Trigger_ON;							// 发送高电平
	Delay_us(10);						// 延时 10 us
	Trigger_OFF;						// 发送低电平
}


/* 外部中断回调函数 */
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{	
	 static uint32_t time_us = 0;
	
	if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_6)
	{
		if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_6))
		{
			HAL_TIM_Base_Start(&htim3);									// 开启定时器3（开始计时）
			__HAL_TIM_SetCounter(&htim3,0);								// 清空定时器3
		}
		else if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_6) == 0)
		{
			HAL_TIM_Base_Stop(&htim3);									//关闭定时器3（停止计时）
			time_us = __HAL_TIM_GetCounter(&htim3);							// 获取高电平时间
			printf("time_us : %d\r\n", time_us);
			distance_cm = time_us * 340/2*0.000001*100;
			printf("distance_cm is %d cm\r\n", distance_cm);
			
			time_us = 0;
		}
	}
}

对于串口发送数据，可以使用重定义函数，简化代码：

int fputc(int ch,FILE* f)
{
	while(HAL_UART_Transmit(&huart2,(uint8_t*)&ch,sizeof(ch),1000) != HAL_OK);
	return 0;
}

测试程序：
在 while 循环中持续发送触发信号。

  int count = 0;

  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
		
		/* 每 50 ms 发送一次触发信号 */
		if(HAL_GetTick() - count > 50)
		{
			count = HAL_GetTick();
			Trigger_signal();
		}		
		
  }

HAL_GetTick（） 函数 用来获取当前的时间。可以看到这个函数返回 uwTick 变量，在 HAL_IncTick（） 中一直增加。uwTick 变量是从STM32 开机就开始计时。 1 uwTick 就是 1ms.

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总结

下一篇文章为大家介绍 STM32 驱动蓝牙的实现。