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《基于STM32F103C8T6的超声波测距应用研究》

#一、超声波HC_SR04简介
#二、超声波工作原理
#三、超声波测距步骤
#四、硬件接线
#五、项目代码

一、超声波HC_SR04简介


超声波传感器模块上面通常有两个超声波元器件，一个用于发射，一个用于接收。电路板上有四个引脚：VCC、GND、Trig（触发）、Echo（回应）

工作电压与电流：5V，15mA
感应距离：2~400cm
感测角度：不小于15度
被测物体的面积不要小于50平方厘米并且尽量平整
具备温度补偿电路
超声波模块的触发脚(Trig)输入10us以上的高电位，即可发射超声波，发射超声波后，与接收到收回的超声波之前，“响应“脚(Echo)位呈现高电平。因此，程序可以“响应”脚位(Echo)的高电平脉冲持续时间，换算出被测物的距离。

二、超声波原理


距离公式：
高电平持续时间*声速(340m/s)/2

三、超声波测距步骤

1.配置GPIO引脚结构体(Trig,Echo)
2.配置定时器结构体
3.配置定时器中断结构体
4.开启时钟（定时器、GPIO）
5.Trig引脚输出高电平(10us以上)，然后关闭
6.等待Echo引脚输出高电平开始，定时器打开->开启计数器计数
7.等待Echo引脚输出高电平结束，定时器关闭->停止计数器计数

四、硬件接线

1.GND——GND
2.VCC——5V
3.Trig——PB11
4.Echo——PB10

五、项目代码

HC_SR04.C

#include "stm32f10x.h"
#include "hc_sr04.h"
#include "systick.h"

extern uint16_t mscount=0;//定义毫秒级计数

void HC_SR04Config(void)
{
	  GPIO_InitTypeDef GPIO_hcsr04init;//超声波时钟结构体初始化
	  TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_hcsr04init;//定时器时钟结构体初始化
	  NVIC_InitTypeDef NVIC_hcsr04init;//定时器中断结构体初始化
	
	  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);//中断定时器优先级分组

	  //1.打开时钟
	  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);//打开GPIO时钟
	  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4,ENABLE);//打开定时器时钟
	  
	
	
	  //2.配置GPIO时钟
	
	  //Trig PB11 输出端 高电平
	  GPIO_hcsr04init.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_Out_PP;//推挽输出
	  GPIO_hcsr04init.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_11;//引脚11
	  GPIO_hcsr04init.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//速度为50Mhz
	      
	  GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_hcsr04init);//配置GPIO初始化函数
	
	  //Echo PB10 输入端 
	  GPIO_hcsr04init.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
	  GPIO_hcsr04init.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_10;//引脚10
	  
	  GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_hcsr04init);//配置GPIO初始化函数
	   
	
	  //3.配置定时器结构体
		TIM_hcsr04init.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;//不分频
		TIM_hcsr04init.TIM_CounterMode   = TIM_CounterMode_Up;//计数模式为向上计数
		TIM_hcsr04init.TIM_Period        = 100-1;//重装载值为99
		TIM_hcsr04init.TIM_Prescaler     = 72-1;//分频系数为71
		
	  TIM_TimeBaseInit(TIM4,&TIM_hcsr04init);//配置定时器初始化函数
		TIM_ITConfig(TIM4,TIM_IT_Update,ENABLE);//使能定时器中断
		TIM_Cmd(TIM4,DISABLE);//失能定时器
		
	   
	  //4.配置定时器中断结构体
		NVIC_hcsr04init.NVIC_IRQChannel     =  TIM4_IRQn;//配置通道4
		NVIC_hcsr04init.NVIC_IRQChannelCmd  =  ENABLE;//使能定时器中断
		NVIC_hcsr04init.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority  = 0;//抢占优先级为0
		NVIC_hcsr04init.NVIC_IRQChannelSubPriority         = 0;//子优先级为0
		 
		NVIC_Init(&NVIC_hcsr04init);//配置中断初始化
	
}


void Open_Tim4(void)//定时器开启
{
		TIM_SetCounter(TIM4,0);//开启定时器
	  mscount=0;
	  TIM_Cmd(TIM4,ENABLE);//打开定时器
	  
}

void Close_Tim4(void)//定时器关闭
{
		TIM_Cmd(TIM4,DISABLE);//失能定时器

}


void TIM4_IRQHandler(void)//中断服务函数（判断是否发生中断）
{
		if(TIM_GetITStatus(TIM4,TIM_IT_Update)!=RESET)
		{
				 TIM_ClearITPendingBit(TIM4,TIM_IT_Update);//清除中断标志位
				 mscount++;
		}

}


int GetEcho_time(void)//获取定时器的数值
{
		uint32_t t=0;
	  t=mscount*1000;//中断时间
	  t+= TIM_GetCounter(TIM4);//得到定时器计数时间
	  TIM4->CNT=0;//重装载值为0
	  ms_delay(50);//延迟50ms
	
	  return t;

}



float Getlength(void)//获取距离长度
{
	 int i=0;//定义次数i
	 uint32_t t=0;//定义时间t
	 float length=0; //定义长度length
	 float sum=0;//距离求和
	 while(i!=5)//发送5次超声波
	 {
			TRIG_Send(1);//发送超声波
		  us_delay(20);//发送20us
		  TRIG_Send(0);//停止发送超声波
	
		  while(ECHO_Reci==0);//当超声波发出后
			Open_Tim4();//打开定时器
		  i=i+1; //次数加一
			
			
			while(ECHO_Reci==1);//当收到超声波返回信号
			Close_Tim4();//关闭定时器
			t=GetEcho_time();//获取定时器计数数值
		  length=((float)t/58.0);//计算出距离长度
		  sum=sum+length;//距离长度求和
			
	 }
	 length=sum/5.0;//计算距离平均值
	 return length;//返回距离长度

}

HC_SR04.h

#include "stm32f10x.h"
#ifndef _HC_SR04_H
#define _HC_SR04_H

void HC_SR04Config(void);
void Open_Tim4(void);
void Close_Tim4(void);
int GetEcho_time(void);
float Getlength(void);

#define TRIG_Send(a)   if(a)\
											 GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_11);\
											 else\
											 GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_11)
        
				
#define ECHO_Reci GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_10)				
  


#endif

usart.c

#include "stm32f10x.h"
#include "usart.h"
#include <stdio.h>


void usart_init(void)
{
	  
		GPIO_InitTypeDef gpioinstructure;//GPIO结构体初始化函数
	  USART_InitTypeDef usartinstructure;//USART结构体初始化函数
	  NVIC_InitTypeDef  nvicinstructure;//中断控制器结构体初始化函数
	  
	  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//配置中断控制器优先抢占级组
		
	//1.配置GPIO、USART、引脚复用时钟
		RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);//配置GPIOA时钟
		RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);//配置引脚复用时钟
		RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);//配置USART时钟
		
	//2.配置GPIO结构体
	   
    //配置PA9 TX 输出引脚
		gpioinstructure.GPIO_Mode  =  GPIO_Mode_AF_PP;//复用推挽输出
	  gpioinstructure.GPIO_Pin   =  GPIO_Pin_9 ;//引脚9
	  gpioinstructure.GPIO_Speed =  GPIO_Speed_50MHz;//速度为50Mhz
	
	  GPIO_Init(GPIOA,&gpioinstructure);//GPIO初始化
	
	  //配置PA10 RX 接收引脚
	  gpioinstructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输出
	  gpioinstructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_10;//引脚10
		
		GPIO_Init(GPIOA,&gpioinstructure);//GPIO初始化
		
	//3.配置串口的结构体
	  usartinstructure.USART_BaudRate = 115200;//波特率为115200
		usartinstructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件流配置
		usartinstructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx ;//接收模式
		usartinstructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无校验位
		usartinstructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一个停止位
		usartinstructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//有效数据位为8位
    
    USART_Init(USART1,&usartinstructure);//初始化串口1
    
    USART_Cmd(USART1,ENABLE);	//使能串口1
		
		USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);//串口中断配置
		
	//4.配置中断控制器的结构
	  nvicinstructure.NVIC_IRQChannel  =  USART1_IRQn;//中断通道
		nvicinstructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //通道使能
		nvicinstructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;//抢占优先级配置为1
		nvicinstructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;//子优先级配置为1
		
	  NVIC_Init(&nvicinstructure);//中断控制器初始化
			  
}


//发送字符
void USARTSendByte(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data)
{
		USART_SendData(USARTx, Data);
	  while(USART_GetFlagStatus(USARTx,USART_FLAG_TXE)==RESET);
}


//发送字符串
void USARTSendStr(USART_TypeDef* USARTx, char *str)
{
		uint16_t i=0;
	  do
		{
			  USARTSendByte(USARTx,*(str+i));
			  i++;
		}while(*(str+i)!='\0');
		
		while(USART_GetFlagStatus(USARTx,USART_FLAG_TC)==RESET);
		

}

//printf函数的重映射
int fputc(int ch,FILE *f)
{
		USART_SendData(USART1,(uint8_t)ch);//发送
	  while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE)==RESET);//发送数据寄存器空标志位判断
	  
		return (ch);
	
}


int fgetc(FILE *f)
{
		while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_RXNE)==RESET);//接收数据寄存器非空标志位判断

    return (int)USART_ReceiveData(USART1);//返回接收到的字符
}

usart.h

#include "stm32f10x.h"
#include <stdio.h>

void usart_init(void);
void USARTSendStr(USART_TypeDef* USARTx, char *str);

main.c

#include "stm32f10x.h"
#include "main.h"
#include "LED.h"
#include "usart.h"
#include "relay.h"
#include "shake.h"
#include "exti.h"
#include "tim.h" 
#include "motor.h"
#include "systick.h"
#include "hc_sr04.h"



void delay(uint16_t time)//延迟函数
{
		uint16_t i=0;
	  while(time--)
		{
				i=12000;
			  while(i--);
		}
}



int  main()
{
	// int pwmval=195;
	 float Length=0;
	 
	 usart_init();//串口初始化
	 HC_SR04Config();//超声波初始化
	 
	while(1)
	{
		 //pwmval=155;
		 Length=Getlength();//获取距离长度
		 printf("%.3f\r\n",Length);//打印距离长度
		 ms_delay(500);//延迟500ms
		
		 /*if(Length<5)
		 {
				for(pwmval=195;pwmval>=155;pwmval-=15)
			  {
						TIM_SetCompare2(TIM3,pwmval-20);
				
				
				}
		 
		 }*/
	}
	  
	 
}

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