代码收藏家技术教程 2022-12-31

STM32 超声波模块实现测量距离

HC-SR04模块

HC-SR04超声波测距模块工作原理

（1）采用IO口TRIG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口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=（高电平时间*声速（340M/S））/2;

（4）本模块使用方法简单，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计时，当此口变为低电平时就可以读定时器的值，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；

HC-SR04超声波模块的时序触发图

思路步骤

操作思路：
　初始化时将trig和echo端口都置低，首先向给trig 发送至少10 us的高电平脉冲（模块自动向外发送8个40K的方波），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（340M/S））/2 就可以算出超声波到障碍物的距离。
　
编程步骤

1.配置好相应GPIO，Trig和Echo引脚
2.配置定时器，开启中断，并记录中断产生次数
3.给模块TRIG端口发送大于10us的高电平信号，发出回响信号时，Echo端呈现高电平，此时打开定时器计时；当收到回响信号时，Echo端呈现低电平，此时关闭定时器。
4.获取Echo高电平时间，利用相关公式计算出距离 dis = (高电平时间*声速（340M/S）)/2（取平均值获取更精准数据）

代码

ultrasonsic.c

#include "ultrasonsic.h"
#include "delay.h"

u8 msHcCount = 0;//ms计数

static void NVIC_Config()
{
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
	//设置中断组为2
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	//设置中断来源
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel										= BASIC_TIM_IRQ;
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd								= ENABLE;
	//设置主优先级
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority	= 1;
	//设置次优先级
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority				= 1;
	//初始化
	NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);
	
	
	
}

void Hcsr04Init()
{  
    TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;     //生成用于定时器设置的结构体
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	/*开启GPIOB时钟*/
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_GPIOx,ENABLE);
     
        //IO初始化
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIOB_ULTR_Tx_PIN;   //发送电平引脚TX
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;//设置推挽输出
    GPIO_Init(GPIOB_ULTR_PORT, &GPIO_InitStructure);
    GPIO_ResetBits(GPIOB_ULTR_PORT,GPIOB_ULTR_Tx_PIN);//一开始低电平
     
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =   GPIOB_ULTR_Rx_PIN;     //返回电平引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
    GPIO_Init(GPIOB_ULTR_PORT, &GPIO_InitStructure);  
    GPIO_ResetBits(GPIOB_ULTR_PORT,GPIOB_ULTR_Rx_PIN); //默认低电平   
     
     //定时器初始化 使用基本定时器TIM2
    RCC_APB1PeriphClockCmd(BASIC_TIM_CLK, ENABLE);   //使能对应RCC时钟
      //配置定时器基础结构体
    TIM_DeInit(BASIC_TIM);
     //自动重装载值寄存器的值，累计TIM_Period+1个频率后产生一个更新或者中断
		TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period			= BASIC_TIM_Period;//设置周期为1000us
		//时钟预分频数
		TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler		= BASIC_TIM_Prescaler;//分频数72
	
		//时钟分频因子
		TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
		//计数器计数模式，设置向上计数，
		TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
		//重复计数器的值
		//	TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter=0 ;
    TIM_TimeBaseInit(BASIC_TIM, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位         
        
   // TIM_ClearFlag(BASIC_TIM, TIM_FLAG_Update);   //清除更新中断，免得一打开中断立即产生中断
		TIM_ClearITPendingBit(BASIC_TIM, TIM_FLAG_Update); //清除更新中断，免得一打开中断立即产生中断
    TIM_ITConfig(BASIC_TIM,TIM_IT_Update,ENABLE);    //打开定时器更新中断
		NVIC_Config();
    TIM_Cmd(BASIC_TIM,DISABLE);     
}

void initHcsr04()
{
	Hcsr04Init();
	//BASIC_TIM_NVIC_Config();
}


static void OpenTimer()        //打开定时器
{
        //	/*清除计数器*/
	TIM_SetCounter(BASIC_TIM,0);
	msHcCount = 0;
	TIM_Cmd(BASIC_TIM,ENABLE);//使能定时器
}
 
static void CloseTimer()        //关闭定时器
{
       //	/*关闭计数器使能*/
	TIM_Cmd(BASIC_TIM,DISABLE);
}
 

//定时器2中断服务程序
void TIM2_IRQHandler(void)   //TIM3中断
{
        //	/*判断中断手否真的产生*/
	if(TIM_GetITStatus(BASIC_TIM,TIM_IT_Update) != RESET){
		
		/*清除更新中断标志位*/
		TIM_ClearITPendingBit(BASIC_TIM,TIM_IT_Update);
		msHcCount++;
	}
	
}

//获取定时器时间
u32 GetEchoTimer(void)
{
   u32 time = 0;
	/*//当回响信号很长是，计数值溢出后重复计数，overCount用中断来保存溢出次数*/
	time = msHcCount*1000;//overCount每++一次，代表overCount毫秒，time微妙
	time += TIM_GetCounter(BASIC_TIM);//获取计TIM2数寄存器中的计数值，一边计算回响信号时间
	TIM6->CNT = 0;  //将TIM2计数寄存器的计数值清零
	delay_ms(50);
	return time;
 
}
float Hcsr04GetLength(void )
{
	/*测5次数据计算一次平均值*/
	float length = 0;
	float t = 0;
	float sum = 0;
	u16  	i = 0;
	while(i != 5){
		GPIO_SetBits(GPIOB_ULTR_PORT,GPIOB_ULTR_Tx_PIN);//trig拉高信号，发出高电平
		delay_us(20);//持续时间超过10us
		GPIO_ResetBits(GPIOB_ULTR_PORT,GPIOB_ULTR_Tx_PIN);
		/*Echo发出信号 等待回响信号*/
		/*输入方波后，模块会自动发射8个40KHz的声波，与此同时回波引脚（echo）端的电平会由0变为1；
		（此时应该启动定时器计时）；当超声波返回被模块接收到时，回波引 脚端的电平会由1变为0；
		（此时应该停止定时器计数），定时器记下的这个时间即为
			超声波由发射到返回的总时长；*/
		while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB_ULTR_PORT,GPIOB_ULTR_Rx_PIN) == 0);//echo等待回响
		/*开启定时器*/
		OpenTimer();
		i = i+1; //每收到一次回响信号+1，收到5次就计算均值
		while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB_ULTR_PORT,GPIOB_ULTR_Rx_PIN) == 1);
		/*关闭定时器*/
		CloseTimer();
		/*获取Echo高电平时间时间*/
		t = GetEchoTimer();
		length = (float)t/58;//单位时cm
		sum += length;		
	}
	length = sum/5;//五次平均值
	
	return length;
}

mian.c

#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "ultrasonsic.h"
#include "sys.h"
#include "lcd.h"
#include "usart.h"
#include "beep.h"

 int main(void)
 {	 
			    
	float length;    	   

	delay_init();	    	
	uart_init(115200); //初始化串口，波特率115200 	
	LED_Init();	//初始化LED		
	BEEP_Init();//初始化蜂鸣器 
	initHcsr04();	  							   
	LED0 = 1;//上电默认绿灯亮
		
	while(1){
			
		length=Hcsr04GetLength();	//获取距离
		printf("dis = %fcm\r\n",length);//串口打印距离
		delay_ms(50);
		if(length < 10){//小于10cm亮红灯绿灯灭
			LED0 = 0;
			LED1 = 1;
			BEEP = 1;	
			delay_ms(300);
				
		}else{
			LED0 = 1;
			LED1 = 0;
			BEEP = 0;
		}
			
	}



	}