STM32與HC-SR04超聲波測距
首先，先來看一下這個模組的基本功能和原理。
HC-SR04超聲波測距模組可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達高到3mm；模組包括超聲波發射器、接收器與控制電路。像智慧小車的測距以及轉向，或是一些專案中，常常會用到。智慧小車測距可以及時發現前方的障礙物，使智慧小車可以及時轉向，避開障礙物。
注意是5v輸入，但是我用stm32 的3.3v輸入也是沒有問題的。
二.工作原理
1．給超聲波模組接入電源和地。
2.給脈衝觸發引腳（trig）輸入一個長為20us的高電平方波
3.輸入方波後，模組會自動發射8個40KHz的聲波，與此同時回波引腳（echo）端的電平會由0變為1；（此時應該啟動定時器計時）
4.當超聲波返回被模組接收到時，回波引 腳端的電平會由1變為0；（此時應該停止定時器計數），定時器記下的這個時間即為超聲波由發射到返回的總時長。
5.根據聲音在空氣中的速度為344米/秒，即可計算出所測的距離。
要學習和應用感測器，學會看懂感測器的時序圖是很關鍵的，所以我們來看一下HC-SR04的時序觸發圖。
我們來分析一下這個時序圖，先由觸發訊號啟動HC-RS04測距模組，也就是說，主機要先發送至少10us的高電平，觸發HC-RS04,模組內部發出訊號是感測器自動迴應的，我們不用去管它。輸出迴響訊號是我們需要關注的。訊號輸出的高電平就是超聲波發出到重新返回接收所用的時間。用定時器，可以把這段時間記錄下來，算出距離，別忘了結果要除於2，因為總時間是傳送和接收的時間總和。
下面是親測可用的驅動程式。
晶片型號為stm32f103zet6，超聲波測距後通過串列埠列印到電腦上面。
驅動和測距；
//超聲波測距 #include "hcsr04.h" #define HCSR04_PORT GPIOB #define HCSR04_CLK RCC_APB2Periph_GPIOB #define HCSR04_TRIG GPIO_Pin_5 #define HCSR04_ECHO GPIO_Pin_6 #define TRIG_Send PBout(5) #define ECHO_Reci PBin(6) u16 msHcCount = 0;//ms計數 void Hcsr04Init() { TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; //生成用於定時器設定的結構體 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(HCSR04_CLK, ENABLE); //IO初始化 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =HCSR04_TRIG; //傳送電平引腳 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;//推輓輸出 GPIO_Init(HCSR04_PORT, &GPIO_InitStructure); GPIO_ResetBits(HCSR04_PORT,HCSR04_TRIG); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = HCSR04_ECHO; //返回電平引腳 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空輸入 GPIO_Init(HCSR04_PORT, &GPIO_InitStructure); GPIO_ResetBits(HCSR04_PORT,HCSR04_ECHO); //定時器初始化 使用基本定時器TIM6 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM6, ENABLE); //使能對應RCC時鐘 //配置定時器基礎結構體 TIM_DeInit(TIM2); TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = (1000-1); //設定在下一個更新事件裝入活動的自動重灌載暫存器週期的值 計數到1000為1ms TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =(72-1); //設定用來作為TIMx時鐘頻率除數的預分頻值 1M的計數頻率 1US計數 TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;//不分頻 TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上計數模式 TIM_TimeBaseInit(TIM6, &TIM_TimeBaseStructure); //根據TIM_TimeBaseInitStruct中指定的引數初始化TIMx的時間基數單位 TIM_ClearFlag(TIM6, TIM_FLAG_Update); //清除更新中斷，免得一開啟中斷立即產生中斷 TIM_ITConfig(TIM6,TIM_IT_Update,ENABLE); //開啟定時器更新中斷 hcsr04_NVIC(); TIM_Cmd(TIM6,DISABLE); } //tips：static函式的作用域僅限於定義它的原始檔內，所以不需要在標頭檔案裡宣告 static void OpenTimerForHc() //開啟定時器 { TIM_SetCounter(TIM6,0);//清除計數 msHcCount = 0; TIM_Cmd(TIM6, ENABLE); //使能TIMx外設 } static void CloseTimerForHc() //關閉定時器 { TIM_Cmd(TIM6, DISABLE); //使能TIMx外設 } //NVIC配置 void hcsr04_NVIC() { NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM6_IRQn; //選擇串列埠1中斷 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; //搶佔式中斷優先順序設定為1 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; //響應式中斷優先順序設定為1 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能中斷 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); } //定時器6中斷服務程式 void TIM6_IRQHandler(void) //TIM3中斷 { if (TIM_GetITStatus(TIM6, TIM_IT_Update) != RESET) //檢查TIM3更新中斷髮生與否 { TIM_ClearITPendingBit(TIM6, TIM_IT_Update ); //清除TIMx更新中斷標誌 msHcCount++; } } //獲取定時器時間 u32 GetEchoTimer(void) { u32 t = 0; t = msHcCount*1000;//得到MS t += TIM_GetCounter(TIM6);//得到US TIM6->CNT = 0; //將TIM2計數暫存器的計數值清零 Delay_Ms(50); return t; } //一次獲取超聲波測距資料 兩次測距之間需要相隔一段時間，隔斷迴響訊號 //為了消除餘震的影響，取五次資料的平均值進行加權濾波。 float Hcsr04GetLength(void ) { u32 t = 0; int i = 0; float lengthTemp = 0; float sum = 0; while(i!=5) { TRIG_Send = 1; //傳送口高電平輸出 Delay_Us(20); TRIG_Send = 0; while(ECHO_Reci == 0); //等待接收口高電平輸出 OpenTimerForHc(); //開啟定時器 i = i + 1; while(ECHO_Reci == 1); CloseTimerForHc(); //關閉定時器 t = GetEchoTimer(); //獲取時間,解析度為1US lengthTemp = ((float)t/58.0);//cm sum = lengthTemp + sum ; } lengthTemp = sum/5.0; return lengthTemp; } /*::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: ** 函式名稱: Delay_Ms_Ms ** 功能描述: 延時1MS (可通過模擬來判斷他的準確度) ** 引數描述：time (ms) 注意time<65535 :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::*/ void Delay_Ms(uint16_t time) //延時函式 { uint16_t i,j; for(i=0;i<time;i++) for(j=0;j<10260;j++); } /*::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: ** 函式名稱: Delay_Ms_Us ** 功能描述: 延時1us (可通過模擬來判斷他的準確度) ** 引數描述：time (us) 注意time<65535 :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::*/ void Delay_Us(uint16_t time) //延時函式 { uint16_t i,j; for(i=0;i<time;i++) for(j=0;j<9;j++); }
但是關於USART的函式我就不往上寫了，這個簡單的串列埠列印大家應該都會寫。下面簡單貼一下我的主函式吧。
/*
教訓：實驗前一定要檢查引腳連線是否正確，萬不可搞錯，不然又要燒壞晶片！！！！
2017.6.8
*/
#include "hcsr04.h"
#include "chao_usart.h"
int main()
{
float length;
GPIO_cfg();
NVIC_cfg();
USART_cfg();
printf("串列埠初始化成功！\n");
Hcsr04Init();
printf("超聲波初始化成功！\n");//測試程式是否卡在下面兩句上面
length = Hcsr04GetLength();
printf("距離為:%.3f\n",length);
}
實驗結果：
好了，其實這個模組很簡單，但是要是把他用的很好的話還是比較困難的，比如用超聲波做一個四軸定高的程式，還是有一定的挑戰性的。
寫這篇部落格的目的不僅僅是介紹這個模組的使用，其實這種使用介紹網上一搜一大把，我只是想紀錄一下，我在做這個模組的時候遇到的一些其他的問題。
其中有一個小插曲，就是當吧寫好的程式燒進去之後，執行時總是出現每次返回一個同樣的比正常值小的多的資料，比如說0.034cm，這明顯是一個錯誤的資料，但是剛開始的時候，不知道為什麼
總是這樣，多次復位從新上電總是這一個資料。讓我很是苦惱。但是幸運的是，在這樣的情況中間，他又會有時出現一兩個正常的的資料，讓你有點摸不著頭腦。
上網查了一下才慢慢明白，這種現象叫做“餘震”，網上關於餘震的解釋大致有三種：
1、探頭的餘震。即使是分體式的，發射頭工作完後還會繼續震一會，這是物理效應，也就是餘震。這個餘震訊號也會向外傳播。如果你的設計是發射完畢後立刻切換為接收狀態（無盲區），那麼這個餘震波會通過殼體和周圍的空氣，直接到達接收頭、干擾了檢測（注：通常的測距設計裡，發射頭和接收頭的距離很近，在這麼短的距離裡超聲波的檢測角度是很大的，可達180度）。
2、殼體的餘震。就像敲鐘一樣，能量仍來自發射頭。發射結束後，殼體的餘震會直接傳導到接收頭，當然這個時間很短，但已形成了干擾。另外，在不同的環境溫度下，殼體的硬度和外形會有所變化，其餘震有時長、有時短、有時干擾大、有時干擾小，這是設計工業級產品時必須要考慮的問題。
3、電路串擾。超聲波發射時的瞬間電流很大，例如某種工業級連續測距產品瞬間電流會有15A，通常的產品也能達到1A，瞬間這麼大的電流會對電源有一定影響，並干擾接收電路。通過改善電源設計可以緩解這種情況，但在低成本設計中很難根除。所以每次發射完畢，接收電路還需要一段時間穩定工作狀態。在此期間，其輸出的訊號很難使用。
消除上述現象的方法之一就是在檢測的時候多次迴圈檢測，取平均值，也就是加權平均濾波，一個簡單的濾波處理。就是下面這一段：
u32 t = 0;
int i = 0;
float lengthTemp = 0;
float sum = 0;
while(i!=5)
{
TRIG_Send = 1; //傳送口高電平輸出
Delay_Us(20);
TRIG_Send = 0;
while(ECHO_Reci == 0); //等待接收口高電平輸出
OpenTimerForHc(); //開啟定時器
i = i + 1;
while(ECHO_Reci == 1);
CloseTimerForHc(); //關閉定時器
t = GetEchoTimer(); //獲取時間,解析度為1US
lengthTemp = ((float)t/58.0);//cm
sum = lengthTemp + sum ;
}
lengthTemp = sum/5.0;
return lengthTemp;加了這個之後，基本上就沒有出現餘震現象了。
還有一點就是測試程式前一定要檢查引腳有沒有接錯，不管多有把握，也要看一遍，不然很容易出大事的，一個晶片也許就因為你的大意給GG了。切記，這個應該也算我們這個行業的基本素養吧。