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超聲波模塊介紹

超聲波模塊在電子DIY作品中實(shí)現(xiàn)小車(chē)避障測(cè)距等方面均應(yīng)用廣泛，在大學(xué)生智能車(chē)DIY愛(ài)好者中尤為顯眼。

①實(shí)物圖

②產(chǎn)品說(shuō)明

HC-SR04超聲波測(cè)距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度可達(dá)3mm，包括發(fā)射器、接收器與控制電路，它是一種壓電式傳感器，利用電致伸縮現(xiàn)象而制成。

③電氣參數(shù)

④超聲波工作原理

首先我們可以看下面的一張超聲波的時(shí)序圖：

圖中我們可以大致看出，要使用HCSR04這個(gè)超聲波模組，我們必須先給超聲波發(fā)送一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，引導(dǎo)超聲波內(nèi)部循環(huán)發(fā)出8個(gè)40Khz的脈沖然后輸出回響信號(hào)引腳上拉為高電平，然后我們利用超聲波回響信號(hào)引腳的高電平所得計(jì)數(shù)時(shí)間經(jīng)過(guò)相關(guān)運(yùn)算就可以得到對(duì)應(yīng)的距離，具體公式如下：
測(cè)試距離 = （高電平時(shí)間聲速（340M/S）/2）= ((float)t/58.0)
這個(gè)公式的具體換算過(guò)程，大家可以用以前學(xué)過(guò)的知識(shí)進(jìn)行還算下，最后得到的距離單位是厘米。
下面放一張超聲波的引腳功能示意圖，能更好的理解HCSR04的具體使用和接線在代碼中：

驅(qū)動(dòng)代碼

之前寫(xiě)過(guò)用51單片機(jī)驅(qū)動(dòng)HCSR04在LCD1602上的驅(qū)動(dòng)代碼，這篇文章我使用STM32驅(qū)動(dòng)HCSR04在0.96OLED（使用人數(shù)較多并且開(kāi)源初始化代碼方便移植）上面使用的驅(qū)動(dòng)代碼。

①STM32配置初始化代碼

時(shí)鐘和GPIO以及中斷相關(guān)配置：

void HCSR04_Init(void)
{  
    TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;     //定義定時(shí)器結(jié)構(gòu)體
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
     
    //IO 初始化
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = HCSR04_TRIG;       	//發(fā)送高點(diǎn)平引腳
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;	//推挽輸出
    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_IPD;	
    GPIO_Init(HCSR04_PORT, &GPIO_InitStructure);  
    GPIO_ResetBits(HCSR04_PORT,HCSR04_ECHO);	
	 
	//定時(shí)器初始化使用基本定時(shí)器3
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);   //打開(kāi)TIM3定時(shí)器時(shí)鐘

	TIM_DeInit(TIM3);
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 65535; //(1000-1); //設(shè)置在下一個(gè)更新時(shí)間裝入活動(dòng)的自動(dòng)重裝載寄存器周期的值         計(jì)數(shù)到1000為1ms
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =(72-1); //設(shè)置用來(lái)作為T(mén)IMx時(shí)鐘頻率除數(shù)的預(yù)分頻  1M的計(jì)時(shí)頻率 1US計(jì)數(shù)
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;	//不分頻
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //向上計(jì)數(shù)模式
	TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根據(jù)TIM_TimeBaseInitStruct中指定的參數(shù)初始化TIMx的時(shí)間基數(shù)單位	 
		
	TIM_ClearFlag(TIM3, TIM_FLAG_Update);   	//清除更新中斷避免立即產(chǎn)生更新中斷
	TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE);    //啟用計(jì)時(shí)器更新中斷

	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;            	//設(shè)置中斷服務(wù)
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;  	//主優(yōu)先級(jí)
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;         	//次優(yōu)先級(jí)
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;        		//啟用中斷
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
	
    TIM_Cmd(TIM3,DISABLE);     
}

//定時(shí)器中斷服務(wù)程序
void TIM3_IRQHandler(void)   //TIM3中斷
{
    if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET)  //檢查T(mén)IM更新中斷是否發(fā)生
    {
         TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update);  //清除TIM更新中斷標(biāo)志位
         msHcCount++;
    }
}

①超聲波驅(qū)動(dòng)應(yīng)用代碼

下面展示寫(xiě)根據(jù)超聲波時(shí)序圖可以寫(xiě)出下面的驅(qū)動(dòng)代碼：

//開(kāi)始計(jì)數(shù)
static void StartTimer()        //打開(kāi)定時(shí)器
{
    TIM_SetCounter(TIM3,0);	//清除計(jì)數(shù)
    msHcCount = 0;
    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);  //啟用TIM3外設(shè)
}
 
static void StopTimer() 	//關(guān)閉定時(shí)器外設(shè)
{
    TIM_Cmd(TIM3, DISABLE); //關(guān)閉TIM定時(shí)器外設(shè)
}
 
//獲取計(jì)時(shí)器時(shí)間
float GetEchoTimer(void)
{
    u32 t = 0;
    t = msHcCount*1000;			//得到ms
    t += TIM_GetCounter(TIM3);	//得到us
	TIM3- >CNT = 0;  			//將TIM3定時(shí)計(jì)數(shù)器的寄存器清零
	delay_ms(50);
    return t;
}

②超聲波距離計(jì)算代碼

//取五次數(shù)據(jù)平均值，為了使測(cè)距所得到的值更加精確可采取多次測(cè)距的平均值來(lái)使用應(yīng)用中
float HCSR04GetLength(void)
{
	u32 t = 0;
	int i = 0;
	float lengthTemp = 0;  
	float sum = 0; 	
	float distance;

	for(i=0;i< 5;i++){		
		
		TRIG_SEND = 1;      //發(fā)送高電平輸出
		delay_us(20);
		TRIG_SEND = 0;
			
		while(ECHO_RECEIVE == 0); 	//等待接收高電平輸出
		StartTimer();        	//打開(kāi)計(jì)時(shí)器

		while(ECHO_RECEIVE == 1);
		StopTimer();        	//關(guān)閉計(jì)時(shí)器
		
		t = GetEchoTimer();     //獲取時(shí)間,解析度為1US

		lengthTemp = ((float)t/58.2);	//cm
		sum = lengthTemp + sum ;
	}
	distance = 100*sum/5.0;
	return distance;
}

具體測(cè)試現(xiàn)象

本次使用OLED屏幕顯示超聲波所測(cè)距離并顯示如下圖所示：

總結(jié)

文章中使用的顯示方式為0.96寸OLED模塊顯示，驅(qū)動(dòng)MCU使用的為STM32F103C8T6，在使用HCSR04的過(guò)程中也可以自己根據(jù)HCSR04的驅(qū)動(dòng)代碼所得到的距離值去做其他的接口應(yīng)用，例如做小車(chē)，或者其他測(cè)距案例均可移植使用，需要完整工程的可下方留言郵箱獲取。