出品 21ic论坛 王小琪 网站:bbs.21ic.com 背景:最近整理东西,发现了一个蓝色的小模块,上面还有两个像喇叭的小东西,关键上面还有丝印,用蓝底白字写着“HC-SR04”,于是勾起了我的好奇心,动动小手指,百度找到了这个小板子的信息,原来是一个超声波测距模块,还挺有意思的,而且只引出来了四个引脚,应用也比较简单,下面简单介绍下这个模块以及简单的超声波测距方案。 1.HC-SR04模块实物图和工作原理 1.1实物如下图,可以看到这个模块是双面贴片的,整体感觉大气,印出来了四个引脚,分别是GND,Echo,Trig,VCC具体功能见下方 1.2首先这个模块是要单独供电的,需要给VCC接5V,GND就不多说了关键是Echo和Trig这两个脚,可以看下方的时序图。 a.需要给触发信号即Trig一个大于10us的方波信号 b.模块内部会产生一个8*40KHz的声波,因为是内部产生的,所以引出的四个脚测不出来这个信号,或许可以从PCBA里面其它地方测出,我没深入研究 c.输出回响信号,即Echo会返回一个高电平信号,这个高电平的持续时间和测量距离有关。 计算测距方法:我可以用一个遮挡物挡在两个突出物上方,通过初中的只是我们都知道距离=速度*时间/2,速度在空气中的速度约等于340m/s,时间即Echo的高电平信号。所以我们可以很简单的就测量出遮挡物到模块的距离。 2.要掌握的知识点和设备 2.1硬件环境 我这边用的是HC-SR04模块+STM32F103ZET6开发板+示波器,示波器是帮助分析用,可以验证设计和实际是否一致的工具,可以不要。开发板也只是起一个连接串口调试助手,产生PWM以及输入捕获的一个功能,并不一样要和我一样的开发板,理论上任何一个开发板都可以实现这个功能。 2.2软件知识 要用上面这套工具实现超声波测距的功能,需要的代码知识点也说过了,这里再提一下。 a.PWM输出一个脉冲大于10us的方波到Trig,可以用STM32的定时器输出 b.输入捕获Echo接受到的高电平信号,通过测量接受到的高电平时间,即可通过距离=速度*时间/2计算出距离。 c.串口调试,我们要通过串口调试助手打印出测量的时间和距离,可以方便直观的看到我们的结果。 理论上掌握上面三个技能就可以实现超声波测距的这个简单的项目,当然条条大路通罗马,上面的方式也不是唯一的一种。譬如我可以用信号发生器产生方波,就可以不用定时器了。毕竟工具只是工具而已。 3.代码编写,代码是参考的正点原子的PWM输出和输入捕获,因为项目原理上面说过了,基本就是这两个功能的叠加。我本来想用HAL库来做,但是CUBEMX生成的代码调试没成功,所以最后还是用的原子的标准库来做的。下面代码截取的是main.c和time.c。也是这个项目里面最重要的两个部分。 extern u8 TIM5CH1_CAPTURE_STA; //输入捕获状态 extern u16 TIM5CH1_CAPTURE_VAL; //输入捕获值 int main(void){ u32 temp=0; double ss=0; delay_init(); //延时函数初始化 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级,2位响应优先级 uart_init(115200); //串口初始化为115200 TIM3_PWM_Init(71,199); //不分频。PWM频率=72000/(899+1)=80Khz TIM5_Cap_Init(0XFFFF,72-1); //以1Mhz的频率计数 while(1) { delay_ms(10);// TIM_SetCompare2(TIM3,TIM_GetCapture2(TIM3)+1); TIM_SetCompare2(TIM3,63); if(TIM_GetCapture2(TIM3)==300)TIM_SetCompare2(TIM3,0); 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 ss=temp*340/2/1000; printf("高电平时间:%d us\r\n",temp);//打印总的高点平时间 printf("测试距离为:%3.0f mm\r\n",ss); TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;//开启下一次捕获 delay_ms(500); } }} void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc){ TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); //时钟使能 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值 计数到5000为500ms TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值 10Khz的计数频率 TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //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(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位 TIM_ITConfig( //使能或者失能指定的TIM中断 TIM3, //TIM2 TIM_IT_Update | //TIM 中断源 TIM_IT_Trigger, //TIM 触发中断源 ENABLE //使能 ); NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn; //TIM3中断 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; //先占优先级0级…