stm32上超声波测距模块的应用

使用stm32单片机配合hc_sr04超声波传感器来精确的测量距离，通过合理的硬件和软件编程，能够有效的捕获超声波的往返时间，并将其转换为距离。

模块原理：

trig引脚发送20us的高电平后，模块会自动发送超声波来进行测距。这时我们等待echo引脚高电平 ，并测量出高电平的持续时间，这个持续时间，就是超声波从发射到接收的往返时间。

实现过程包括以下几个步骤：

1：硬件的初始化：配置gpio引脚用于超声波传感器的trig和echo信号

2：定时器初始化：通过TIM4定时器来测量超声波到物体的往返时间

3：中断服务程序：处理定时器的更新中断事件，记录时间

4：测距函数：通过多次测量取平均值提高准确性

5：主函数：不断的读取距离，并在串口上打印出来。

一：模块初始化

1：开启gpio和tim4的时钟

2：配置TRIG引脚为推挽输出，初始化状态为低电平

3：配置ECHO引脚为浮空输入模式，初始状态为低电平

4：将TIM4定时器外设重置为默认状态

5：TIM4 时基单元初始化 包括自动重装载值，预分频系统，计数值

6：清除TIM4的更新标志 ，使能更新中断

7：配置中断优先级，打开tim4的中断通道

8：关闭TIM4定时器

//定时器4设置
void hcsr04_NVIC()
{
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM4_IRQn;                    
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;   
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;              
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;           
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}


//IO口初始化 及其他初始化
void Hcsr04Init(void)
{   
	TIM_TimeBaseInitTypeDef   TIM_TimeBaseStructure;     
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(HCSR04_CLK, ENABLE);

	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =HCSR04_TRIG;         
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_Init(HCSR04_PORT, &GPIO_InitStructure);
	GPIO_ResetBits(HCSR04_PORT,HCSR04_TRIG);

	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =    HCSR04_ECHO;        
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
	GPIO_Init(HCSR04_PORT, &GPIO_InitStructure);   
	GPIO_ResetBits(HCSR04_PORT,HCSR04_ECHO);      

			
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE);     

	TIM_DeInit(TIM2);
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = (1000-1);  
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =(72-1);  
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;   
	TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure);               
		 
	TIM_ClearFlag(TIM4, TIM_FLAG_Update);   
	TIM_ITConfig(TIM4,TIM_IT_Update,ENABLE);      
	hcsr04_NVIC();
	TIM_Cmd(TIM4,DISABLE);        
}

二：实现打开和关闭定时器函数和TIM4的中断处理函数

1：启用TIM4定时器之前，先将TIM4 的计数值清零，再启用TIM4

2：在TIM4 的中断处理函数里面清除更新中断标志位，把更新中断次数递增

//打开定时器4
static void OpenTimerForHc()   
{
	TIM_SetCounter(TIM4,0);
	msHcCount = 0;
	TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);  
}


//关闭定时器4
static void CloseTimerForHc()      
{
	TIM_Cmd(TIM4, DISABLE);  
}


//定时器4终中断
void TIM4_IRQHandler(void)   
{
	if (TIM_GetITStatus(TIM4, TIM_IT_Update) != RESET)   
	{
		TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_IT_Update   );  
		msHcCount++;
	}
}

三：获取往返时间

实际就是所有更新中断时间加上自上次定时器更新事件以来过去的时间

更新事件清除到两次产生更新事件，也就是计数值从0递增到自动重装载值后的时间

结合毫秒级中断计数和当前计数值来计算往返时间，清零TIM4的计数器后，要添加一个延时，目的是为了防止 抖动

//获取定时器4计数器值
u32 GetEchoTimer(void)
{
	u32 t = 0;
	t = msHcCount*1000;
	t += TIM_GetCounter(TIM4);
	TIM4->CNT = 0;   
	delay_ms(50);
	return t;
}

四：实现获取距离函数

本质就是通过时间乘以速度 来计算出距离。为了避免误差，采用多次测距取平均值的方式来实现

1：先把TRIG引脚电平 拉高，至少10us，再拉低，以此来触发模块发出超声波进行测距

2：计算ECHO引脚高电平 的持续时间，通过while循环来实现，先等待低电平 结束，说明来了高电平 ，这里马上开启定时器计次，一直到高电平 结束 ，通过GetEchoTimer函数来计算出时间

3：重复上面操作5次，最后求出平均值，此时计算出的距离为被测模块到模块的距离。

//通过定时器4计数器值推算距离
float Hcsr04GetLength(void )
{
	u32 t = 0;
	int i = 0;
	float lengthTemp = 0;
	float sum = 0;
	while(i!=5)
	{
		TRIG_Send = 1;         
		delay_us(20);
		TRIG_Send = 0;
		while(ECHO_Reci == 0);         
		OpenTimerForHc();            
		i = i + 1;
		while(ECHO_Reci == 1);
		CloseTimerForHc();            
		t = GetEchoTimer();            
		lengthTemp = ((float)t/58.0);//cm
		sum = lengthTemp + sum ;
		 
	}
	lengthTemp = sum/5.0;
	return lengthTemp;
}