红外超声波雷达测距

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#单片机 #嵌入式硬件

于 2024-06-15 15:00:40 首次发布

文章目录

一、内容概要
二、 stm32超声波测距实现
四、总结

一、内容概要

Ⅰ 采用stm32F103和HC-SR04超声波模块，使用标准库或HAL库+ 定时器中断，完成1或2路的超声波障碍物测距功能。

Ⅱ 当前智能汽车上一般配置有12路超声波雷达，这些专用超声波雷达内置了MCU，直接输出数字化的测距结果，一般硬件接口采用串口RS485，通信协议采用modbus。

① 了解 RS485与RS232（UART），Modbus协议

② 如果让你设计一款 12路车载超声波雷达，采用 stm32F103+HC-SR04超声波模块，对外提供RS485和Modbus协议，你的设计方案是什么？

二、 stm32超声波测距实现

2.1 准备工作

CubeMx32
keil
stm32c8t6
HC-SR04超声波模块

2.2 器件介绍

HC-SR04：
HC-SR04超声波测距模块提供2cm~400cm的测距功能，精度达3mm。

STM32F103的 HC-SR04超声波测距
功能需求
数据采集与滤波处理 - 测试数据包含噪声，程序需要进行滤波处理； - 将测距数值通过串口上传到上位机串口助手。
控制蜂鸣器或LED - 根据障碍物距离远近，控制一个蜂鸣器（可以用LED灯代替）发出频率不同的声音（或LED不同闪烁），即输出占空比变化的PWM波形。
仿真测试 - 在没有超声波模块硬件的场景下，使用Keil中的仿真逻辑分析仪，观察分析对应管脚上的时序波形，判读是否符合协议规范。

以下图片截取自深圳市捷深科技有限公司的《HC-SR04超声波测距模块说明书》
在这里插入图片描述

通过时序图我们可以知道，我们给HC-SR04发送长达10us的TTL脉冲，然后模块就会进行测距，测距的结果通过回响信号传达，回响的TTL电平信号时间即是超声波从HC-SR04模块发出，触碰到障碍物后返回到HC-SR04模块的时间总和。

TTL是逻辑电平标准，当电压达到2.4V5V之间，那么为逻辑1（高电平），电压在0V0.4V之间，那么为逻辑0（低电平）。所以我们可以直接通过GPIO口来输出以及输入时序所需的电平信号。

总所周知，声音的速度为340m/s，因此我们将回响电平的时间除340再除2之后得到的就是单位为米的测距结果。

编写思路：

结合说明书我们可以知道，我们仅需提供10us的高电平给Trig口即可。然后HC-SR04在测量完毕之后会将结果通过Echo回响回来。

所以我们只需要将Trig口拉高，等待10us（最好再延长一些，代码中用的是15us）后再拉低即可。

接着就只需要等待Echo将数据传输回来，通过时序图我们可以得知回响信号是拉高Echo口，再拉低，中间持续的时间就是测距的结果。

所以我们给Echo口配置一个中断事件，设置为上跳变下跳变都触发，另外再用一个变量记录Echo口到底是拉高还是拉低即可。

如果是拉高，那么我们需要记录下持续的时间，这时候我们需要用定时器计时，所以需要在一开始的时候就配置好定时器的初始化。唯一的问题就是该如何配置定时器的预分频器和自动重装器了。

根据说明书我们可以知道HC-SR04的精度为3mm，而测距的公式为 us/58-cm，稍加计算可知，如果我们需要测量3mm，那么得到的时间为17.4us，以此为一个刻度，那么定时器的频率应该为57471Hz。然而这样太麻烦了，而且也不好用，因此我们可以随意一些，我在代码中使用的是预分频器为72，自动重装器为100，那么得到的频率为72MHz/72/100=1000Hz，也就是一次定时器中断的时间为100us，而自动重装器里的每一个值就是1us，所以每次外部中断的下降沿触发之后只需要将定时器触发的次数*100再加上自动重装器里的值就可以得到回响信号的持续时间了，单位是us。

2.3 搭建编程环境

打开CubeMx，新建一个项目
管脚配置大致如图所示
在这里插入图片描述

距离传感器模块获取数据

TRIG管脚，和蜂鸣器管脚

RTOS多任务程序设计
按照教程导入项目

2.4代码编写

实现


TIM_ICInitTypeDef  tim_ic_init;
//g_cap_state:捕获状态标志(bit7:完成捕获; bit6:捕获高电平;bit5-bit0:捕获高电平溢出次数)
u16 g_cap_state, g_cap_val;
u32 g_cap_distance;	//超声波测量距离

//---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
//	函 数 名: timer4_cap_init
//	功能说明: TIM4初始化
//	形    参: timer_arr：自动重装值; timer_psc：时钟分频系数
//	返 回 值: 无
//	日    期: 
//	作    者: 
//  备    注: 
//---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
void timer4_cap_init(u16 timer_arr, u16 timer_psc)
{
   
   
	GPIO_InitTypeDef gp_init;
	TIM_TimeBaseInitTypeDef  tim_base_init;
	NVIC_InitTypeDef nvic_init_config;

	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE);	//使能TIM2时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE