STM32F1与STM32CubeIDE编程实例-超声波测距传感器驱动

超声波测距传感器驱动

超声波测距模块HC-SR04提供2cm-400cm非接触测量功能，测距精度可达3mm。该模块包括超声波发射器、接收器和控制电路。

HC-SR04 的工作非常简单直接。模块发出 40 KHz 的超声波，在被障碍物反射后，反射回模块。通过使用传播时间和声音的速度，我们可以计算出传感器与障碍物之间的距离。

HC-SR04工作的时序图如下：

结合工作时序图，我们可以得到HC-SR04的驱动步骤如下：

Trig引脚保持高电平至少 10us
模块现在将发送 8 个周期的 40 kHz 超声波脉冲串并检测是否有脉冲信号返回
如果信号返回，模块将输出一个高脉冲，其宽度将与物体的范围成正比。
距离可以使用以下公式计算：距离 = 高脉冲时间 * 速度 (340m/s) / 2
以厘米为单位计算公式：距离 = us / 58
以英寸为单位计算公式：距离 = us / 148
建议至少等待 60ms 后再开始一下轮操作。

1、超声波测距传感器配置

开发环境搭建、系统时钟配置、调试配置及串口配置，请参考：

传感器配置如下：

保存配置并生成代码。

2、超声波测距传感器驱动

1）基本定义

/\*
 \* hsr04.h
 \*
 \* Created on: Apr 25, 2022
 \* Author: jenson
 \*/

#ifndef \_\_HSR04\_H\_\_
#define \_\_HSR04\_H\_\_

#include <stdio.h>
#include <stm32f1xx\_hal.h>
#include "main.h"

typedef struct {
	uint16\_t id;
	GPIO_TypeDef \*Echo_GPIOx; // ECHO引脚端口
	uint16\_t Echo_GPIO_Pin; // ECHO引脚
	GPIO_TypeDef \*Triggle_GPIOx; // Triggle引脚端口
	uint16\_t Triggle_GPIO_Pin; // Triggle引脚
} hsr04\_t;

/\*\*\*
 \* @brief 初始化
 \*/
void hsr04\_init(void);

/\*\*\*
 \* @brief 测量距离
 \* @returen 返回以厘米为单位的距离
 \*/
float hsr04\_measure\_cm(hsr04\_t\* hsr04);

#endif /\* \_\_HSR04\_H\_\_ \*/

2）测距实现

/\*
 \* hsr04.c
 \*
 \* Created on: Apr 25, 2022
 \* Author: jenson
 \*/

#include "hsr04.h"
#include "dwt\_delay.h"

/\*\*\*
 \* @brief 初始化
 \*/
void hsr04\_init(void) {

}

/\*\*\*
 \* @brief 测量距离
 \* @returen 返回以厘米为单位的距离
 \*/
float hsr04\_measure\_cm(hsr04\_t \*hsr04) {
	uint32\_t counter = 1;
	float distance = 0;
	HAL\_GPIO\_WritePin(hsr04->Triggle_GPIOx, hsr04->Triggle_GPIO_Pin,
			GPIO_PIN_RESET);
	dwt\_delay\_us(2);
	HAL\_GPIO\_WritePin(hsr04->Triggle_GPIOx, hsr04->Triggle_GPIO_Pin,
			GPIO_PIN_SET);
	dwt\_delay\_us(10);
	HAL\_GPIO\_WritePin(hsr04->Triggle_GPIOx, hsr04->Triggle_GPIO_Pin,
			GPIO_PIN_RESET);
	// 等待返回响应
	while (!HAL\_GPIO\_ReadPin(hsr04->Echo_GPIOx, hsr04->Echo_GPIO_Pin))
		;
	// 响应计数
	while (HAL\_GPIO\_ReadPin(hsr04->Echo_GPIOx, hsr04->Echo_GPIO_Pin)) {
		counter++;
		dwt\_delay\_us(1);

	}

	//distance = (float) counter / 29.1;
	dwt\_delay\_ms(60);

	// distance = distance / 10 /1000000;
	// 换算距离
	distance = counter \* 0.034;
	return distance;
}

测距实现使用了DWT模块进行计时，请参考DWT(Data Watchpoint and Trigger)精确延时

3）主程序

在main.c文件中，添加如下代码：

/\* Private includes ----------------------------------------------------------\*/
/\* USER CODE BEGIN Includes \*/
#include "hsr04/hsr04.h"
#include "dwt\_delay.h"
/\* USER CODE END Includes \*/

/\* Private variables ---------------------------------------------------------\*/

/\* USER CODE BEGIN PV \*/
hsr04\_t hsr04;
/\* USER CODE END PV \*/

int main(void) {
	/\* USER CODE BEGIN 1 \*/
	float distance = 0.0;
	/\* USER CODE END 1 \*/

	/\* MCU Configuration--------------------------------------------------------\*/

	/\* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. \*/
	HAL\_Init();

	/\* USER CODE BEGIN Init \*/

	/\* USER CODE END Init \*/

	/\* Configure the system clock \*/
	SystemClock\_Config();

	/\* USER CODE BEGIN SysInit \*/

	/\* USER CODE END SysInit \*/

	/\* Initialize all configured peripherals \*/
	MX\_GPIO\_Init();
	MX\_USART1\_UART\_Init();
	/\* USER CODE BEGIN 2 \*/
	hsr04.Echo_GPIO_Pin = ECHO_Pin;
	hsr04.Echo_GPIOx = ECHO_GPIO_Port;
	hsr04.Triggle_GPIO_Pin = TRIGGER_Pin;
	hsr04.Triggle_GPIOx = TRIGGER_GPIO_Port;

	printf("\*\*\*\*STM32CubeIDE:HSR04 Demo\*\*\*\*\r\n");
	if (dwt\_init()) {
		printf("DWT inited\r\n");
	} else {
		printf("DWT init failed\r\n");
		while (1)
			;
	}
	/\* USER CODE END 2 \*/

	/\* Infinite loop \*/
	/\* USER CODE BEGIN WHILE \*/
	while (1) {
		/\* USER CODE END WHILE \*/

		/\* USER CODE BEGIN 3 \*/
		distance = hsr04\_measure\_cm(&hsr04);
		printf("distance = %f\r\n", distance);
		HAL\_Delay(100);
	}
	/\* USER CODE END 3 \*/
}