STM32智能小车--测距模块（舵机+HC_SR04超声波）

原创已于 2025-05-12 19:49:07 修改 · 3.2k 阅读

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#stm32 #嵌入式硬件 #单片机

于 2024-09-17 18:10:15 首次发布

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大家好哇！我是湫湫，一个正在摸索嵌入式的普通大学生。

进入正题，最近在做智能小车,想通过文章记录学习过程。

本次文章主要使用 stm32F1C8T6 实现小车测距。

非常感谢大家的阅读，如果有不对的地方欢迎指正。

一.实物图

1.舵机

本人接触的舵机线序颜色为：

中间红色线:电源正极，棕色线:电源负极，黄色线:控制信号线，具体如下图所示。

(特别说明：不同的厂商制作的舵机的输入线颜色可能会存在不一致，但一般中间的线为红色正极，信号线可能为白色，负极可能为黑色，具体还是要参考舵机的数据手册。)

2.HC_SR04：

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。

VCC:5v供电

Triger引脚：单片机某个引脚--->输入一个信号。

Echo引脚：输出一个信号--->单片机的某个引脚。

GND：接地。

二.基本工作原理

1.舵机工作原理

舵机转动的角度与脉宽在0.5ms~2.5ms的区间内呈线性关系。舵机有90°、180°、270°、360°最大转角，这里以180°舵机为例来说明脉冲宽度和角度的关系，其他角度舵机参考具体参数，180°舵机周期为20ms时的脉宽和转角关系如下图：

舵机的死区，扭矩等相关参数在此我就不多解释了，想多了解的更深入的话，看我文末附上的链接进行深入学习。

2.HC_SR04时序图

1.如单片机某一个引脚输出一个10微秒的高电平，输入到Triger，

2.HC_SR04的上面网状小孔就发出8个4K Hz,

3.再发出来之后，Echo置高电平；

4.如若发出去的波遇到障碍物，就会被反射回来，反射回来的波被小孔接收到后，Echo置低电平

5.Echo持续置高电平的时间，是超声波往返的距离，除于2，就是超声波到障碍物的距离

6.即：测试距离=（高电平时间*音速）/2；音速=340m/s=0.034cm/us。

三.相关代码

1.Servo.c

//舵机
#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "PWM.h"
#include "Servo.h"
/**
  * 函    数：舵机初始化
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void Servo_Init(void)
{
	PWM_Init();									//初始化舵机的底层PWM
}

/**
  * 函    数：舵机设置角度
  * 参    数：Angle 要设置的舵机角度，范围：0~180
  * 返 回 值：无
  */
void Servo_SetAngle(float Angle)
{
	PWM_SetCompare2(Angle / 180 * 2000 + 500);	//设置占空比
												//将角度线性变换，对应到舵机要求的占空比范围上
}

2.PWM.c

#include "stm32f10x.h"  
#include "myMOTOR.h"
#include "track.h"

void PWM_Init(void)
{
	MOTOR_GPIO_Init();
	Track_Init();
	
	 //开启TIM2的时钟
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2;  
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
	
	//选择时基准单元的时钟（内部时钟）
	TIM_InternalClockConfig(TIM2);
	
		//配置时基单元
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;//不分屏
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period=799;  //arr 计数周期
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=0; //psc 预分频器
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter=0;
	
    //初始化，输出比较单元（OC）
	TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseInitStructure);
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
	TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM2;
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_CounterMode_Up;
	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;
	
	TIM_OC2Init(TIM2,&TIM_OCInitStructure);
	TIM_OC3Init(TIM2,&TIM_OCInitStructure);
	
	 //启动定时器
	TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);
	
}
/**
  * 函    数：PWM设置CCR
  * 参    数：Compare 要写入的CCR的值，范围：0~100
  * 返 回 值：无
  * 注意事项：CCR和ARR共同决定占空比，此函数仅设置CCR的值，并不直接是占空比
  *           占空比Duty = CCR / (ARR + 1)
  */
void PWM_SetCompare2(uint16_t Compare)
{
	TIM_SetCompare2(TIM2, Compare);		//设置CCR2的值
}

3.HCSR04.c

#include "stm32f10x.h"
#include "Delay.h"
#include "TIME.H"

void HC_SR04_Init(void) {
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); // 使能GPIO时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE); // 使能TIMx时钟

    // GPIO初始化 Trig(STM32发送触发信号给HC-SR04)
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; // 推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

    // GPIO初始化 Echo(STM32接受回波特率，计算距离)
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; // 上拉输入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

    // 定时中断配置
    TIM_InternalClockConfig(TIM2);

    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 100 - 1; // 定时时间0.1ms
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1; // 1MHz
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);

    TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);
    TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);

    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

    TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);
}

float HCSR04_MeasureOnce(void) {
    // 触发信号
    GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_11);
    Delay_us(15);
    GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_11);

    // 等待Echo引脚变为高电平，超时保护
    uint32_t timeout = 0;
    while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_10) == 0 && timeout < 10000) {
        timeout++;
    }
    if(timeout >= 10000) {
        return -1.0f; // 超时返回错误值
    }

    // 开始计时
    Time_On();

    // 等待Echo引脚变为低电平，超时保护
    timeout = 0;
    while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_10) == 1 && timeout < 10000) {
        timeout++;
    }
    if(timeout >= 10000) {
        return -1.0f; // 超时返回错误值
    }

    // 停止计时
    Time_Off();

    unsigned int t = Time_Get_Counter();
    float Length = ((float)t / 58.0); // 计算距离
    return Length;
}

float HCSR04_GetLength(void) {
    float Sum = 0.0f;
    for(int i = 0; i < 3; i++) {
        float Length = HCSR04_MeasureOnce();
        if(Length < 0) {
            return -1.0f; // 如果测量失败，返回错误值
        }
        Sum += Length;
    }
    return Sum / 3.0; // 返回平均值
}