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模块介绍

本篇主要介绍的是超声波模块中的HC-SR04模块，我们一般用来测距使用。

HC-SR04超声波模块常用于机器人避障、物体测距、液位检测、公共安防、停车场检测等场所。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。

两个压电陶瓷超声传感器，一个用于发出超声波信号，一个用于接收反射回来的超声波信号。由于发出信号和接收信号都比较微弱，所以需要通过外围信号放大器提高发出信号的功率，和将反射回来信号进行放大，以能更稳定地将信号传输给单片机

HC-SR04模块可提供 2cm-400cm 的非接触式距离感测功能，具有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****、接收器与控制电路。从下图，我们可以看到HC-SR04超声波模块有四个引脚，分别为VCC、Trig（控制端）、Echo（发送回响信号）、GND。

如图上所示为HC-SR04模块实物图

工作原理

(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周期电平并检测回波，一旦检测到有回波信号则输出回响信号。

(3)回响信号： 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 或者 us/58 =厘米 或者 us/148=英寸。

时序图和流程图如下

根据上述了解，我们可以知道，超声波的变成主要配置两个引脚，分别为控制端Trig以及可以发出回响信号的Echo。控制端Trig是需要一个10us的高电平触发，所以这里的GPIO模式时推挽输出。而Echo引脚需要作为输入捕获通道，则模式为浮空输入。

硬件连接

串口1：RX PA10 TX PA9

超声波：Trig PB11 ECHG PB9

代码如下

#include "delay.h"

#include "sys.h"

//超声波硬件接口定义

#define HCSR04_PORT GPIOB

#define HCSR04_CLK RCC_APB2Periph_GPIOB

#define HCSR04_TRIG GPIO_Pin_11

#define HCSR04_ECHO GPIO_Pin_9

#define TRIG_Send PBout(11)

#define ECHO_Reci PBin(9)

//超声波计数

u16 msHcCount = 0;

//定时器4设置

void hcsr04_NVIC()

{

NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);

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()

{

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(TIM4);

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);

}

//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++; //计数器开始加

}

}

//获取定时器4计数器值

u32 GetEchoTimer(void)

{

u32 t = 0;

t = msHcCount*1000;

t += TIM_GetCounter(TIM4);

TIM3->CNT = 0; //计数器归零

delay_ms(50);

return t;

}

//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) //测量五次取平均

{

TRIG_Send = 1; //给控制端高电平

delay_us(20);

TRIG_Send = 0; //超声波模块已开始发送8个40khz脉冲

while(ECHO_Reci == 0); //若ECHO_Reci为低电平，则一直循环，直到为高电平。

OpenTimerForHc(); //此时说明检测到高电平，开启定时器，开始计时。

i = i + 1;

while(ECHO_Reci == 1); //若ECHO_Reci为高电平，则一直循环，直到为低电平。

CloseTimerForHc(); //此时说明检测到低电平，关闭定时器，停止计时

t = GetEchoTimer(); //获取定时器时间

lengthTemp = ((float)t/58.0); //数据处理，转换成cm

sum = lengthTemp + sum ; //五次测得数据累加

}

lengthTemp = sum/5.0; //取平均

return lengthTemp;

}

下图为HC-SR04模块的实际应用，图为基于stm32的避障小车，其上的HC-SR04模块可以帮助小车实现避障和测距功能。