STM32 | HC-SR04 超声波传感器测距

模块：HC-SR04

感应角度：不大于15度

探测距离：2cm-450cm

高精度：可达0.3cm

Trig： 触发信号，接收MCU发送的控制脉冲，MCU对应GPIO 设置为输出

Echo： 反馈信号，向MCU发送数据脉冲, MCU对应GPIO 设置为输入

VCC：3.3V~5V

超声波测距原理：

超声波发射装置向某一方向发出超声波，并开始计时
超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来
接收器接收到超声波的时间差，就停止计时
根据超声波在空气中传播速度(340m/s)，再根据计时器记录的时间t，可以算出距离(s)

似乎有多种模式，本文只使用GPIO模式：

单片机操作步骤：

(1)采用IO口TRIG触发测距，给最少10us的高电平信号。

(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，超声波模块通过ECHO引脚输出一个高电平（ECHO输出的高电平持续时间，就是处理的结果），高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。

代码

UltraSonic_Init()

配置 GPIOG 的 14 脚为 Trig 输出，15 脚为 Echo 输入
配置 TIM4 定时器为 1MHz 计数频率 (1us / 计数)
设置最大测量时间为 50ms (50000 计数)

cpp 复制代码

void UltraSonic_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
    TIM_TimeBaseInitTypeDef  	TIM_TimeBaseInitStruct;

    // UlatrSonic-->PG14,PG15
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOG, ENABLE);	 //使能PG端口时钟
        
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14;               // Trig
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 		 //推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;		 //IO口速度为50MHz
    GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStructure);					 //根据设定参数初始化

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_15;	    		 // Echo
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;            //设置成上拉输入
    GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStructure);	  				 //推挽输出 ，IO口速度为50MHz



    // 设置一个定时器，1us计数1个数，不用中断，且开始时不使能定时器
    //1、能定时器时钟。
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4,ENABLE);

    TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler	= 84-1;	            //84MHZ/8400 = 10000HZ  Prescaler范围1~65536 
    TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period		= 50000-1;		    //在10000HZ时钟频率下，用时1ms 自动重装载寄存器值
    TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode	= TIM_CounterMode_Up;//向上计数
    TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision= TIM_CKD_DIV1;  	 //分频因子
    //2、初始化定时器
    TIM_TimeBaseInit(TIM4,&TIM_TimeBaseInitStruct);

    //【不使能定时器】
    TIM_Cmd(TIM4, DISABLE);
}

UltraSonic_GetDistance()

发送 15us 的高电平触发信号，然后拉低引脚
等待模块返回的 Echo 信号（高电平）
高电平来了，开始定时器计时，目的是测量 Echo 高电平持续时间
低电平来了，停止定时器计时，得到 Echo 高电平持续时间
根据超声波在空气中的传播速度 (340m/s) 计算距离

cpp 复制代码

float UltraSonic_GetDistance()
{
    float distance_cm = 0;
    u32 time_us = 0;
    //**************************************
    //启动超声波模块 也就是要发送启动信号
    GPIO_ResetBits(GPIOG, GPIO_Pin_14);
    delay_us(5);

    //高电平需要10us以上---【启动信号】
    GPIO_SetBits(GPIOG, GPIO_Pin_14);
    delay_us(15);
    GPIO_ResetBits(GPIOG, GPIO_Pin_14);
    
    //*********************************
    //设置定时器的CNT值为0，设置初值
    TIM_SetCounter(TIM4,0);

    //等待ECHO的高电平到来
    while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOG, GPIO_Pin_15)==Bit_RESET);

    //**************************
    //【高电平来了】-------启动定时器
    TIM_Cmd(TIM4,ENABLE);
    
    //等待ECHO的低电平到来
    while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOG, GPIO_Pin_15)==Bit_SET);

    //****************************
    //【低电平来了】------读时间数据，关定时器
    //取出CNT的值-----定时器的当前值
    time_us = TIM_GetCounter(TIM4);    // 微秒 (μs)。
    //关闭定时器
    TIM_Cmd(TIM4, DISABLE);
    
    //**************************************
    //【通过公式】： 
    // distance (m) * 2 = time * 10(-6) * 340m/s
    // distance (m)     = time * 10(-6) * 340m/s / 2
    // distance (cm)    = time * 10(-6) * 340m/s / 2 * 100 = time * 10(-3) * 17
    distance_cm = time_us * 0.017;   // distance = time / 58;

    return distance_cm;
}

调用程序：

cpp 复制代码

void ULTRA_SONIC_task(void *pvParameters)
{
	float distance_cm = 0;
	
	while(1)
	{
		printf("ULTRA_SONIC_task \r\n");
		distance_cm = UltraSonic_GetDistance();
		printf("distance = %f  (cm) \r\n",distance_cm);
		delay_ms(3000);
	}
}

输出结果：