STM32小车篇之超声波测距

只看该作者 · 2023-8-25 15:32

超声波模块测量距离防碰撞
1.超声波测距：
原理：超声测距其实就是通过单片机控制超声波模块发出一系列超声波，当超声波遇到障碍物时反弹回来，根据声音在空气中的传播速率340m/s，再结合上述所讲的方法求得时间t，应用初高中物理知识，即可求解距离。(驱动超声波模块需要给它一个10-20us高电平)
即测量距离=(高电平持续时间（340M/S）)/2
例子详解：我们算出的高电平时间是以us为单位，因此我们可以把声波传输速度看成大约为340M/S，合34,000CM/S。即34,000除以1,000,000CM/US。即为：0.0340CM/US 换种角度：1/（0.0343 CM/US）即：29.00 US/CM。这就意味着，每290.0US表示10CM的距离。1厘米就是29.00US。但是发送后到接收到回波，声音走过的是2倍的距离呀。所以实际距离就是1厘米，对应58.0US。
即测量距离=(高电平持续时间/58.0(CM))

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2.输入捕获：
基本原理：定时器的输入捕获模式可以用来测量脉冲宽度或者测量频率。除了基本定时器，通用和高级均有输入捕获功能。如图所示：

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首先，我们设定定时器工作模式为向上计数模式，图中t1-t2时间间隔就是我们需要测量的脉宽时间（即高电平时间）。测量方法如下：
1: 设定定时器某通道为上升沿捕获，这样在t1时刻，就会捕获到当前值CNT值，然后马上清零，同时设置该通道为下降沿捕获，这样到t2时刻，又发生捕获事件，得到此时的CNT值,记为CCRx2。这样，根据定时器的计数频率可以算出t1-t2的时间，从而得到高电平脉宽。
2：在t1-t2的时间段里，有可能发生N次溢出，我们需要对此进一步处理，防止高电平过长，导致数据不准确。因此，CNT计数的次数等于N*ARR+CCRx2，有了这个计数次数，再乘以 CNT 的计数周期，即可得到 t2-t1 的时间长度，即高电平持续时间。

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3.(超声波模块)HC_SRO4
实验中所实验的 HC-SR04超声波模块主要是由两个通用的压电陶瓷超声传感器，并加外围信号处理电路构成的。
1）引脚和原理：
该模块有VCC、GND、Trig和Echo针脚。TRIG是输出和ECHO是输入。
该模块的工作原理为：模块所需要的供电是5V
1.先向TRIG脚输入至少10us的触发信号
2.该模块内部将发出 8 个 40kHz 周期电平并检测回波。
3.一旦检测到有回波信号则ECHO输出高电平回响信号。回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比
4.由此通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距离。公式: 距离=高电平时间*声速(340M/S)/2。

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2）实现功能：通过超声波模块测距离，并将测试距离显示到串口助手上。
根据工作原理,我们可以选择两种模式驱动
1.采用中断+定时器方式,将ECHO定义为上升沿下降沿都能触发中断,trig触发之后,echo高电平进中断打开定时器,echo低电平关闭定时器并统计定时器计数值
2.采用普通IO+定时器模式,触发之后等待echo响应,响应时打开定时器,直到echo恢复低关闭定时器,获取时间

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注1：此模块不宜带电连接，如果要带电连接，则先让模块的 Gnd 端先连接。否则会影响模块工作。
注2：测距时，被测物体的面积不少于0.5平方米且要尽量平整。否则会影响测试结果。

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通过上面原理的学习，再通过代码hcsr04.c文件加深理解：

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#define HCSR04_PORT    GPIOA
#define HCSR04_CLK    RCC_APB2Periph_GPIOA
#define HCSR04_TRIG    GPIO_Pin_4
#define HCSR04_ECHO    GPIO_Pin_0

#define TRIG_Send  PAout(4)
#define ECHO_Reci  PAin(0)

u16 msHcCount = 0;//整型变量用于ms计数
extern u16 TIM2CH1_CAPTURE_STA,TIM2CH1_CAPTURE_VAL;
void Hcsr04_Init(u32 arr,u32 psc)
{
   TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(HCSR04_CLK, ENABLE);

   //IO初始化
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =HCSR04_TRIG;    //TRIG输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;//推挽输出
GPIO_Init(HCSR04_PORT, &GPIO_InitStructure);
GPIO_ResetBits(HCSR04_PORT,HCSR04_TRIG);

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = HCSR04_ECHO; //ECHO输入
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;//下拉输入
GPIO_Init(HCSR04_PORT, &GPIO_InitStructure);

    //初始化定时器TIM2
   RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE); //使能RCC时钟
   TIM_DeInit(TIM2);
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //计数周期为1000/1ms
   TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //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(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

//    TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure);//设置缺省值
   TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising; //上升沿捕获
   TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; //映射到TI1上
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;    //配置输入分配
   TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x00;    //IC2F=0000 配置输入滤波器 0 不滤波
    TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1; //IC1映射到TI1
   TIM_ICInit(TIM2, &TIM_ICInitStructure);

// TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update); //清除更新中断
    TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE); //打开定时器更新中断
TIM_CtrlPWMOutputs(TIM2,ENABLE); //主输出使能
Hcsr04_NVIC();
   TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}
void Hcsr04_NVIC(void)
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

//TIM2的中断服务函数
void TIM2_IRQHandler(void)
{
   if((TIM2CH1_CAPTURE_STA&0X80)==0)//还未成功捕获
{
      if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET)

      {
         if(TIM2CH1_CAPTURE_STA&0X40)//已经捕获到高电平
         {
            if((TIM2CH1_CAPTURE_STA&0X3F)==0X3F)//高电平太长
            {
                  TIM2CH1_CAPTURE_STA|=0X80;//标记成功捕获了一次
                  TIM2CH1_CAPTURE_VAL=0XFFFF;
            }
else
TIM2CH1_CAPTURE_STA++;
         }
      }
}
if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_CC1) != RESET)//捕获1发送捕获事件
      {
         if(TIM2CH1_CAPTURE_STA&0X40)       //捕获到一个下降沿
         {
            TIM2CH1_CAPTURE_STA|=0X80;       //标记成功捕获到一次上升沿
            TIM2CH1_CAPTURE_VAL=TIM_GetCapture1(TIM2);
            TIM_OC1PolarityConfig(TIM2,TIM_ICPolarity_Rising); //CC1P=0 设置为上升沿捕获
         }else //还未开始，第一次捕获上升沿
         {
            TIM2CH1_CAPTURE_STA=0;          //清空
            TIM2CH1_CAPTURE_VAL=0;
            TIM_SetCounter(TIM2,0);
            TIM2CH1_CAPTURE_STA|=0X40;       //标记捕获到了上升沿
            TIM_OC1PolarityConfig(TIM2,TIM_ICPolarity_Falling); //CCC1P=1 设置为下降沿捕获
         }
      }

TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update); //清楚中断标志位
}