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怎样去编写HCSR04模块超声波测距程序呢

超声波测距原理是什么?

怎样去编写HCSR04模块超声波测距程序呢?

回帖(1)

李维奇

2021-11-17 09:21:39
  STM32F1系列超声波测距程序
  因为自己做毕设的缘故,用到超声波HCSR04模块,在网上查找了相关的代码,发现关于超声波测距大体上有两种写法。在自己调试改进后,想把这两种方法都贴出来,和大家一起讨论学习。
  对了,我用的是STM32F103ZET6。
  超声波测距原理
  首先还是简单介绍下超声波测距原理。
  (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。
  
  两种检测时间方法思路
  这边简单讲讲两种方法思路。
  第一种方法是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。
  第二种方法思路类似,只不过不采用输入捕获,直接配置好一个定时器,当判断ECHO接的单片机引脚有高电平时,打开定时器;当高电平结束后,关闭定时器。然后读取定时器一共定时多少时间从而获得高电平时间。
  这两种方法我都试了,超声波模块的测距都没有问题,第二种方法思路似乎比较清楚(我个人觉得),但是第一种方法明显更加简便(因为直接应用了STM32定时器自带的功能)。
  说到底难点还是在定时器配置这块,建议大家多看看手册和参考资料。
  关键代码
  方法一:定时器输入捕获
  在这一方法中,我是将PA1的定时器5通道2作为输入捕获通道,也就是将ECHO接到PA1
  TRIG接到了PC1作为触发
  主程序main.c部分
  #include “led.h”
  #include “delay.h”
  #include “sys.h”
  #include “usart.h”
  #include “timer.h”
  #include “hcsr04.h”
  extern u8 TIM5CH2_CAPTURE_STA; //输入捕获状态
  extern u16 TIM5CH2_CAPTURE_VAL; //输入捕获值
  int main(void)
  {
  u32 temp=0;
  float distance = 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
  LED_Init(); //LED端口初始化
  HCSR04_TRIG_Init();
  TIM5_Cap_Init(0XFFFF,72-1); //以1Mhz的频率计数
  while(1)
  {
  delay_ms(300);
  LED0 = !LED0;
  HCSR04_TRIG_Send();
  if(TIM5CH2_CAPTURE_STA&0X80)//成功捕获到了一次上升沿
  {
  temp=TIM5CH2_CAPTURE_STA&0X3F;
  temp*=65536;//溢出时间总和
  temp+=TIM5CH2_CAPTURE_VAL;//得到总的高电平时间
  distance = (float)temp * 170 / 10000;
  printf(“HIGH:%d usrn”,temp);//打印总的高点平时间
  printf(“distance:%.2f cmrn”,distance);
  TIM5CH2_CAPTURE_STA=0;//开启下一次捕获
  }
  }
  }
  定时器配置timer.c部分
  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_1; //PA1 清除之前设置
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; //PA1 下拉输入
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
  GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1);
  //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_2; //通道2
  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 = 5;//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 = 2; //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_CC2,ENABLE);//允许更新中断 ,允许CC2IE捕获中断
  TIM_Cmd(TIM5,ENABLE ); //使能定时器5
  }
  u8 TIM5CH2_CAPTURE_STA=0; //输入捕获状态
  u16 TIM5CH2_CAPTURE_VAL; //输入捕获值
  //定时器5中断服务程序
  void TIM5_IRQHandler(void)
  {
  if((TIM5CH2_CAPTURE_STA&0X80)==0)//还未成功捕获
  {
  if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_Update) != RESET)
  {
  if(TIM5CH2_CAPTURE_STA&0X40)//已经捕获到高电平了
  {
  if((TIM5CH2_CAPTURE_STA&0X3F)==0X3F)//高电平太长了
  {
  TIM5CH2_CAPTURE_STA|=0X80;//标记成功捕获了一次
  TIM5CH2_CAPTURE_VAL=0XFFFF;
  }else TIM5CH2_CAPTURE_STA++;
  }
  }
  if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC2) != RESET)//捕获2发生捕获事件
  {
  if(TIM5CH2_CAPTURE_STA&0X40) //捕获到一个下降沿
  {
  TIM5CH2_CAPTURE_STA|=0X80; //标记成功捕获到一次上升沿
  TIM5CH2_CAPTURE_VAL=TIM_GetCapture2(TIM5);
  TIM_OC2PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Rising); //CC2P=0 设置为上升沿捕获
  }else //还未开始,第一次捕获上升沿
  {
  TIM5CH2_CAPTURE_STA=0; //清空
  TIM5CH2_CAPTURE_VAL=0;
  TIM_SetCounter(TIM5,0);
  TIM5CH2_CAPTURE_STA|=0X40; //标记捕获到了上升沿
  TIM_OC2PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Falling); //CC2P=1 设置为下降沿捕获
  }
  }
  }
  TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC2|TIM_IT_Update); //清除中断标志位
  }
  超声波初始化代码
  #include “hcsr04.h”
  #define TRIG PCout(1)
  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
  }
  方法二:定时器计时
  这个方法中,我将TRIG接到PB6作为触发,ECHO接到PB7。只要检测PB7电平状态来开关定时器。
  主函数main.c
  #include “led.h”
  #include “delay.h”
  #include “sys.h”
  #include “lcd.h”
  #include “HCSR04.h”
  #include “usart.h”
  int main(void)
  {
  float distance = 0;
  delay_init(); //延时函数初始化
  LED_Init(); //LED端口初始化
  HCSR04_Init();
  uart_init(115200);
  while(1)
  {
  LED0 = !LED0;
  delay_ms(1000);
  distance = Get_Distance();
  printf(“%f rn”,distance);
  }
  }
  HCSR04模块配置和定时器配置
  #include “HCSR04.h”
  #define TRIG PBout(6)
  #define ECHO PBin(7)
  u8 msHcCount = 0;//ms计数
  void HCSR04_Init(void)
  {
  TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
  NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6; //发送电平引脚
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;//推挽输出
  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
  GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6);
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7; //返回电平引脚
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; //浮空输入
  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
  GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_7);
  TIM_DeInit(TIM3);
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = (1000-1); //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1000为1ms
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =(72-1); //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值 1M的计数频率 1US计数
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;//不分频
  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_ClearFlag(TIM3, TIM_FLAG_Update); //清除更新中断,免得一打开中断立即产生中断
  TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE); //打开定时器更新中断
  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn; //选择定时器3中断
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; //抢占式中断优先级设置为0
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; //响应式中断优先级设置为0
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能中断
  NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
  TIM_Cmd(TIM3,DISABLE);
  }
  void TIM3_IRQHandler(void) //TIM3中断
  {
  if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET) //检查TIM3更新中断发生与否
  {
  TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update ); //清除TIM3更新中断标志
  msHcCount++;
  }
  }
  static void Open_TIM3() //打开定时器
  {
  TIM_SetCounter(TIM3,0);//清除计数
  msHcCount = 0;
  TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); //使能TIMx外设
  }
  static void Close_TIM3() //关闭定时器
  {
  TIM_Cmd(TIM3, DISABLE); //使能TIMx外设
  }
  u32 GetEchoTimer(void)
  {
  u32 t = 0;
  t = msHcCount*1000;//得到MS
  t += TIM_GetCounter(TIM3);//得到US
  TIM3-》CNT = 0; //将TIM2计数寄存器的计数值清零
  delay_ms(50);
  return t;
  }
  float Get_Distance(void)
  {
  int i = 0;
  int t=0;
  float distance = 0;
  float sum = 0;
  while(i!=5) //做五次取平均,滤波作用
  {
  TRIG = 1; //发送口高电平输出
  delay_us(20);
  TRIG = 0;
  while(ECHO == 0); //等待接收口高电平输出入
  Open_TIM3(); //打开定时器
  i++;
  while(ECHO == 1);
  Close_TIM3(); //关闭定时器
  t = GetEchoTimer(); //获取时间,分辨率为1US
  distance = (float)t * 170 / 10000;//cm
  sum = distance + sum ;
  }
  distance = sum/5.0;
  return distance;
  }
  总结
  两种方法大部分关键代码我都贴出来了,大家可以一起讨论学习,也可以自己试试。
  下面放个调试成功的截图
  
  写在最后
  最近很多小伙伴问我要源码,因为不是经常看消息所以回复会不是很及时。于是乎我今天将源码上传到了gitee上,我将链接放在下面,方便大家自行下载吧!
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