玩轉X-CTR100 l HC-SR04超聲波測距
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超聲波測距模塊HC-SR04可以測量2cm~400cm的距離，本文使用X-CTR100控制器定時器進行超聲波距離測量。
原理
HC-SR04超聲波測距模塊可提供 2cm-400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達高到 3mm；模塊包括超聲波發射器、接收器與控制電路。
基本工作原理：
(1)采用IO 口TRIG 觸發測距，給最少10us 的高電平信呈。
(2)模塊自動發送8 個40khz 的方波，自動檢測是否有信號返回；
(3)有信號返回，通過IO 口ECHO 輸出一個高電平，高電平持續的時間就是超聲波從發射到返回的時間。測試距離=(高電平時間*聲速(340M/S))/2;
如下圖接線，VCC 供5V電源， GND 為地線，TRIG 觸發控制信號輸入，ECHO 回響信號輸出等四個接口端。
超聲波時序圖
以上時序圖表明你只需要提供一個10uS 以上脈沖觸發信號，該模塊內部將發出8 個40kHz 周期電平並檢測回波。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號。
回響信號的脈沖寬度與所測的距離成正比。由此通過發射信號到收到的回響信號時間間隔可以計算得到距離。
公式：uS/58=厘米或者uS/148=英寸；或是：距離=高電平時間*聲速（340M/S）/2；建議測量周期為60ms 以上，以防止發射信號對回響信號的影響。
1、此模塊不宜帶電連接，若要帶電連接，則先讓模塊的 GND端先連接，否則會影響模塊的正常工作。
2、測距時，被測物體的面積不少於 0.5平方米且平面盡量要求平整，否則影響測量的結果。
例程
本例程實現X-CTR100控制器測量超聲波距離，並通過串口顯示。
硬件說明
硬件資源：
- 串口UART1
- LH接口（作為普通IO使用）
- HC-SR04超聲波測距模塊（需自備）
硬件連接：
超聲波模塊連接LH接口，需要4根杜邦線，連接如下。
GND——GND
VCC——5V（紅色），
Trig——D0
Echo——D1
軟件生態
X-SOFT軟件生態，X-API擴展文件如下。
ax_sr04.c——HC-SR04超聲波測距源文件
ax_sr04.h——HC-SR04超聲波測距頭文件
測量方式采用邊沿中斷觸發，Echo上升沿啟動定時器，下降沿獲取定時器值作為測量值，代碼如下。
void EXTI1_IRQHandler(void) { //確認是否產生了EXTI Line中斷 if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line1) != RESET) { if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOD, GPIO_Pin_1) != 0) // 高電平回波 { TIM_Cmd(TIM7, ENABLE); } else { TIM_Cmd(TIM7, DISABLE); sr04_measurement = TIM_GetCounter(TIM7); TIM_SetCounter(TIM7, 0); } } //清除中斷標誌位 EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line1); } |
定時器周期為1us，sr04_measurement為測量時間值，與距離正比，通過多次實際測量值求得系數。
距離 = sr04_measurement*0.173-4.51 ，模型一次函數，多次實際測量後求得系數，經過實測，測量結果準確。
接口函數
void AX_SR04_Init(void); //SR04超聲波測距初始化 void AX_SR04_StartRanging(void); //SR04啟動測量 uint32_t AX_SR04_GetDistance(void); //SR04獲取距離值 |
軟件說明
每隔500ms測量一次，循環測量，結果通過串口顯示，主程序如下。
int main(void) { uint32_t temp;
//X-CTR100初始化 AX_Init(115200); printf("***X-CTR100 SR04超聲波測距例程***\r\n\r\n");
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //設置中斷優先級分組
//SR04初始化 AX_SR04_Init();
while (1) { //啟動測量 AX_SR04_StartRanging(); AX_Delayms(500);
//獲取距離值 temp = AX_SR04_GetDistance(); printf("當前距離：%d MM \r\n", temp); } } |
實現效果
測量結果顯示如下，與實際距離對比，誤差小於1CM。當然超聲波的傳播速度與溫度有關系，如需獲得更準確距離，需要進行溫度補償，尤其是遠距離測距。
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