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超声波测距原理
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参考博客：
https://blog.csdn.net/qq_40734815/article/details/105992801
https://blog.csdn.net/qq_43743762/article/details/103217402
利用HC-SR04超声波测距模块可以实现比较精确的直线测距，其测距原理图如下：
HC-SR04的一端发出超声波，接触到反射物后反射，被另一个端口接收到，所以只要知道发射和接收的时间差，就可以根据声波传播的速率算出HC-SR04和反射物直接的距离。
所以实现超声波测距就需要俩个条件：
(1) 发射和接收的时间差
(2) 超声波传输的速率
HC-SR04工作原理
HC-SR04模块的电气参数如示：
HC-SR04模块的实物图
通过了解超声波测距原理和工作原理可以得知测距原理
(1)超声波模块的TRIG引脚给最少10us高电平信号，触发测距。
(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ECHO口输出一个高电平， 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。
因此只要检测ECHO连接的单片机引脚高电平持续时间 便可以得到超声波从发射到返回的时间。
检测时间方法
这里使用的是定时器输入捕获功能，网上还有其他方法，参考方法在参考博客中有写到。
采用定时器的输入捕获功能，直接将ECHO引脚接到STM32具有输入捕获功能的管脚，配置好定时器输入捕获功能，就可以读取到高电平时间。
(1)超声波模块的TRIG引脚给最少10us高电平信号，触发测距。
void HCSR04_TRIG_Send(void)
{
TRIG = 1;
delay_us(20); //延时20US
TRIG = 0;
}
void HCSR04_TRIG_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1; //PC1接TRIG
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //设为推挽输出模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure); //初始化外设GPIO
}
(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ECHO口输出一个高电平， 高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。
float Get_Distance(void)
{
float distance = 0;u32 temp = 0;
HCSR04_TRIG_Send();
if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80)//成功捕获到了一次上升沿
{
temp=TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F;
temp*=65536;//溢出时间总和
temp+=TIM5CH1_CAPTURE_VAL;//得到总的高电平时间
distance = (float)temp * 170 / 10000;
TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;//开启下一次捕获
}
return distance;
}
定时器timer.c配置
#include "timer.h"
#include "usart.h"
TIM_ICInitTypeDef TIM5_ICInitStructure;
void TIM5_Cap_Init(u16 arr,u16 psc)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE); //使能TIM5时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能GPIOA时钟
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; //PA0 清除之前设置
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; //PA0 下拉输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);
//初始化定时器5 TIM5
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设定计数器自动重装值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //预分频器
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数模式
TIM_TimeBaseInit(TIM5, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
//初始化TIM5输入捕获参数
TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1; //通道1
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising; //上升沿捕获
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; //映射到TI1上
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1; //配置输入分频,不分频
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 12;//滤波系数为5
TIM_ICInit(TIM5, &TIM5_ICInitStructure);
//中断分组初始化
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM5_IRQn; //TIM5中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; //先占优先级2级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; //从优先级0级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器
TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE);//允许更新中断 ,允许CC1IE捕获中断
TIM_Cmd(TIM5,ENABLE ); //使能定时器5
}
u8 TIM5CH1_CAPTURE_STA=0; //输入捕获状态
u16 TIM5CH1_CAPTURE_VAL; //输入捕获值
//定时器5中断服务程序
void TIM5_IRQHandler(void)
{
if((TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80)==0)//还未成功捕获
{
if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_Update) != RESET)
{
if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X40)//已经捕获到高电平了
{
if((TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F)==0X3F)//高电平太长了
{
TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80;//标记成功捕获了一次
TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0XFFFF;
}else TIM5CH1_CAPTURE_STA++;
}
}
if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC1) != RESET)//捕获1发生捕获事件
{
if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X40) //捕获到一个下降沿
{
TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80; //标记成功捕获到一次上升沿
TIM5CH1_CAPTURE_VAL=TIM_GetCapture1(TIM5);
TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Rising); //CC1P=0 设置为上升沿捕获
}else //还未开始,第一次捕获上升沿
{
TIM5CH1_CAPTURE_STA=0; //清空
TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0;
TIM_SetCounter(TIM5,0);
TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X40; //标记捕获到了上升沿
TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Falling); //CC1P=1 设置为下降沿捕获
}
}
}
TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update); //清除中断标志位
}
定时器timer.h配置
#ifndef __TIMER_H
#define __TIMER_H
#include "sys.h"
void TIM5_Cap_Init(u16 arr,u16 psc);
#endif
hcsr04.c配置
#include "hcsr04.h"
extern u8 TIM5CH1_CAPTURE_STA; //输入捕获状态
extern u16 TIM5CH1_CAPTURE_VAL; //输入捕获值
//超声波模块的TRIG引脚给最少10us高电平信号，触发测距。
//模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；
//有信号返回， 通过ECHO口输出一个高电平， 高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。
//(PC1)-->TRIG
//(PA0)-->ECHO
void HCSR04_TRIG_Send(void)
{
TRIG = 1;
delay_us(20); //延时20US
TRIG = 0;
}
void HCSR04_TRIG_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1; //PC1接TRIG
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //设为推挽输出模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure); //初始化外设GPIO
}
float Get_Distance(void)
{
float distance = 0;u32 temp = 0;
HCSR04_TRIG_Send();
if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80)//成功捕获到了一次上升沿
{
temp=TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F;
temp*=65536;//溢出时间总和
temp+=TIM5CH1_CAPTURE_VAL;//得到总的高电平时间
distance = (float)temp * 170 / 10000;
TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;//开启下一次捕获
}
return distance;
}
hcsr04.h配置
#ifndef __HCSR04_H
#define __HCSR04_H
#include "sys.h"
#include "delay.h"
#define TRIG PCout(1)
//#define ECHO PAin(0)
void HCSR04_TRIG_Send(void);
void HCSR04_TRIG_Init(void);
float Get_Distance(void);
#endif
main.c配置
#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "timer.h"
#include "hcsr04.h"
float distance = 0;
int main(void)
{
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置中断优先级分组为组2：2位抢占优先级，2位响应优先级
delay_init(); //延时函数初始化
HCSR04_TRIG_Init(); //HCSR04超声波模块初始化
uart1_init(115200); //串口1初始化为115200
TIM5_Cap_Init(0XFFFF,72-1); //以1Mhz的频率计数
printf("初始化成功");
while(1)
{
delay_ms(500);
distance = Get_Distance();
printf("distance: %.2f cm\r\n",distance);
}
}
其中遇到的问题：
超声波测距接线，串口打印数据为0.00cm
解决：检查接线是否存在问题，(PC1)–>TRIG，(PA0)–>ECHO，确认无误，检查stm32，超声波模块供电是否存在问题，都没问题最后检查代码是否存在问题，全部确认完了，仍然检测不出距离，最后换了杜邦线重新接线就好了。检测精度还是可以的。
