学习 HC-SR04超声波测距模块工作原理，使用 stm32F103 完成一个超声波测距方案

只看该作者 · 2024-1-29 17:03

学习 HC-SR04超声波测距模块工作原理，使用 stm32F103 完成一个超声波测距方案
1.产品特点
HC-SR04 超声波测距模块可提供 2cm-400cm 的非接触式距离感测功能，测
距精度可达高到的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到 3mm ；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。

2.基本工作原理
(1)采用 IO 口 TRIG 触发测距，给最少 10us 的高电平信呈。
(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 IO 口 ECHO 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;

只看该作者 · 2024-1-29 17:04

3.实验设备

4.代码

main.c

#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "PWM.h"
#include "Serial.h"
#include "Servo.h"
#include "Ultrasound.h"

int main()
{

Serial_Init();
Servo_Init();
Ultrasound_Init();

char * a="dis:";

while(1)
{ float dis=Test_Distance();

Serial_SendString(a);
Serial_SendNumber(dis,2);

Delay_ms(500);
}

}

只看该作者 · 2024-1-29 17:05

Ultrasound.c
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "Delay.h"

uint16_t Cnt;
uint16_t OverCnt;
void Ultrasound_Init(){

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;//trig 推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;//echo 接受引脚下拉输入
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

TIM_InternalClockConfig(TIM4);
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 60000 - 1; //ARR
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1; //PSC
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseInitStructure);

}
float Test_Distance(){
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);
Delay_us(20);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);
while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_13)==RESET){
};
TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);
while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_13)==SET){
};
TIM_Cmd(TIM4, DISABLE);
Cnt=TIM_GetCounter(TIM4);
float distance=(Cnt*1.0/10*0.34)/2;
TIM4->CNT=0;
Delay_ms(100);
return distance;
}

只看该作者 · 2024-1-29 17:05

5.实验现象

只看该作者 · 2024-1-29 17:05

总结
在实验中，我深入学习和理解了STM32定时器的工作原理。我掌握了定时器计数方式控制LED的亮灭状态，并成功地实现了LED以2s的频率周期性地亮灭。随后，我学习了脉宽调制(PWM)的生成方法，并将LED的控制方式切换至PWM模式。通过适当调整周期和占空比，我成功实现了LED以呼吸灯的方式渐亮渐灭。

在观察PWM输出波形的过程中，我使用了Keil虚拟示波器。通过观察波形图，我能够直观地了解到PWM信号的变化情况，从而验证我的编程结果。这使我更加熟悉了使用示波器进行波形分析的方法。

在任务中，我采用了定时器的另一个通道来编程采集上述PWM输出信号，并获取其周期和脉宽。通过对信号的计数和处理，我成功获得了PWM信号的周期和脉宽的数值。随后，我将这些数据通过串口进行显示输出，进一步验证了我的程序正确性。

尽管对于选做任务五中的超声波测距方案，由于时间和资源的限制，我未能完成实验。但是，通过学习HC-SR04超声波测距模块的工作原理，我了解到了超声波测距技术的基本原理和应用场景。这为我今后在该领域的研究和开发提供了宝贵的参考。

通过这次实验，我不仅加深了对STM32定时器原理和PWM生成方法的理解，还掌握了相关的编程技巧。同时，通过使用虚拟示波器和串口通信，我提高了对信号分析和数据输出的能力。这次实验使我更加熟悉了STM32F103单片机的应用和编程，也增强了我的实践能力和解决问题的能力。我相信这些所学将为我以后的学习和工作提供很好的基础和帮助。