STM32F103双路超声波测距+陀螺仪测角

最新推荐文章于 2024-05-31 20:35:19 发布
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本文详细介绍使用STM32F103RCT6最小系统板与HC-SR04超声波模块、MPU6050陀螺仪模块进行硬件连接及软件编程的方法。重点讲解了超声波测距原理及实现过程，包括IO触发、信号发送接收及距离计算。同时，文章提及了由于STM32供电电压限制，需额外使用锂电池降压为传感器供电的问题。

主要元器件

HC-SR04	
MPU6050
1.44寸TFT彩屏
STM32F103RCT6最小系统板（下图）

在这里插入图片描述

主要引脚

HC-SR04超声波
在这里插入图片描述
MPU-6050陀螺仪
在这里插入图片描述

工作原理

(1)采用IO触发测距，给至少10us的高电平信号;
(2)模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；
(3)有信号返回，通过IO输出一高电平，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;

注意

相应的功能的.c和.h程序都放在HARDWARE文件夹中。
因为STM32只能提供3.3V，而HC-SR04和MPU6050都需要接5V的VCC，否则无法正常工作（这里的坑困扰了我好久，用了7个超声波模块来回检测），所以我用7.2V锂电池通过降压至5V给模块供电。

附下载链接

基于STM32F103的超声波测距
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通过发送超声波信号并测量回程时间，我们可以确定物体与传感器之间的距离。通过编写适当的代码并使用STM32CubeIDE进行编译和烧录，我们可以在STM32F103开发板上实板上实现这一功能。超声波测距是一种常用的测量技术，通过发送超声波信号并测量其回程时间来确定物体与传感器之间的距离。在本文中，我们将介绍如何使用STM32F103微控制器实现超声波测距功能，并提供相应的源代码。然后，在生成的工程中打开"main.c"文件，并将以下代码复制到文件中。然后，将生成的可执行文件烧录到STM32F103开发板上。
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如果Echo引脚为高电平，说明超声波已经发射成功，接收到了反射的超声波，我们可以通过计算Echo引脚高电平的持续时间来计算距离。将超声波传感器的VCC引脚连接到开发板的3.3V电源引脚上，将超声波传感器的GND引脚连接到开发板的地引脚上，将超声波传感器的Trig引脚连接到开发板的某个GPIO输出引脚上，将超声波传感器的Echo引脚连接到开发板的某个GPIO输入引脚上。在函数中，我们首先将Trig引脚设为低电平，然后延迟2毫秒，再将Trig引脚设为高电平，延迟10毫秒，最后再将Trig引脚设为低电平。
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trig b12 echo b13 你只需要提供一个 10uS以上脉冲触发信号，该模块内部将发出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。回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比。 由此通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距离。 公式： uS/58=厘米或者uS/148=英寸； 或是： 距离=高电平时间*声速（ 340M/S） /2； 建议测量周期为 60ms以上， 以防止发射信号对。
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参考资料： stm32与HC-SR04超声波传感器测距 HC-SR04超声波测距注意事项 STM32—驱动HC-SR04超声波测距模块 HC-SR04初识 HC-SR04 超声波原理图讲解与时序分析与arduino使用 HC-SR04超声波原理，波速与温度的关系 用Trig和Echo引脚实现测距的流程： 1.通过Trig输出一段至少10us的高电平（脉冲），触发一次测距，超声波在传输的过程中Echo一直输出高电平。 2.在Trig脉冲输出后，立即检测Echo引脚的电平，测出Echo高电平持续的时间t，t就是
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STM32f103驱动超声波测距模块 关键词：输入捕获 定时器 中断 使用的超声波测距模块型号为US-015，该模块可实现2cm~4cm的非接触测距功能，供电电压为5v，工作电流为2.2mA，支持GPIO通信模式。 模块引脚: VCC引脚 ：接直流5V电源 Trig引脚： 接外部电路的Trig端，向此管脚输入一个10us以上的高电平，触发模块测距 Echo引脚 ：接外部电路的Echo端，测距结束时，此管脚会输出一个高电平，电平宽度为超声波往返时间之和 GND引脚： 接外部电路的地 测距原理： （1）给模块
【STM32F103】HC-SR04超声波测距
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本次实验主要实现用stm32f103+HC-SR04实现超声波测距，将测距数值通过串口上传到上位机串口助手。
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如果你经常做一些嵌入式设备，HC-SR04应该不陌生，一款便宜简单的超声波测距装置，可以应用在智能小车测距壁障，航模飞行器定高等。这篇文章简单讲解，通过一个示例来揉和。stm32f103HC-SR04oled 0.96寸显示屏如果本文对你有所帮助，还请三连支持一下博主！
基于STM32F103的超声波测距，LCD1602显示
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stm32f103的dmp库测角速度无法归零
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03-31
<think>好的，用户在使用STM32F103的DMP库时遇到了角速度无法归零的问题，需要解决。首先，我得回顾一下DMP库的基本原理。DMP（Digital Motion Processor）是MPU6050内部的处理器，能够直接处理传感器数据并输出姿态角，减少主控的负担。用户提到已经移植了DMP库，但角速度无法归零，可能的问题点有几个方向。 首先，校准问题。DMP在使用前需要进行校准，确保传感器处于静止状态时，陀螺仪和加速度计的偏移量被正确计算。如果校准步骤不正确或未执行，可能导致角速度偏移。需要检查用户是否执行了正确的校准流程，比如调用`mpu_run_self_test`和`mpu_set_gyro_bias_reg`等函数。 其次，硬件问题。MPU6050的安装是否稳固？外部振动或安装不牢固可能导致传感器误读。此外，电源噪声也可能影响传感器读数，需要检查电源是否稳定，滤波电容是否足够。 然后是数据解析部分。DMP输出的数据格式是否正确解析？比如，陀螺仪的数据单位是否为度/秒（dps），是否有量程设置不当的问题。例如，如果量程设置为±2000dps，而实际角速度很小，可能导致分辨率不足，看起来像无法归零。 还有温度的影响。MPU6050的陀螺仪对温度敏感，工作一段时间后温度升高可能导致零点漂移。用户是否在设备预热后再进行校准？或者是否在温度变化后重新校准？ 另外，DMP配置是否正确？比如，采样率设置是否合理，FIFO缓冲区是否正常，中断配置是否正确。如果DMP的数据更新频率与读取频率不匹配，可能导致数据不同步或延迟，影响校准效果。 还需要考虑库的移植问题。用户是否正确移植了DMP库？比如，HAL库的I2C驱动是否稳定，是否有延时或时序问题。可能需要在I2C通信中加入适当的延时，或检查是否有其他任务干扰I2C总线。 最后，软件滤波。即使DMP处理了数据，可能仍需要软件端的滤波，比如移动平均或卡尔曼滤波，来进一步平滑数据，减少噪声影响。 综合以上可能因素，解决方案需要逐步排查：从校准流程开始，确保每个步骤正确执行；检查硬件连接和电源；验证数据解析和量程设置；考虑温度影响并重新校准；确保DMP配置正确；检查I2C通信稳定性；最后考虑软件滤波。如果这些步骤都正确，问题可能得到解决。</think>针对STM32F103使用DMP库时角速度无法归零的问题，以下是分步解决方案： ### 1. 校准流程验证 1.1 执行传感器校准 ```c // 在初始化时添加自检和校准代码 short gyro_bias[3], accel_bias[3]; if (mpu_run_self_test(gyro_bias, accel_bias) == 0x7) { mpu_set_gyro_bias_reg(gyro_bias); // 写入陀螺仪校准值 mpu_set_accel_bias_6050_reg(accel_bias); // 写入加速度校准值 } ``` *必须保持设备绝对静止至少2秒，且需水平放置[^2]* 1.2 校准验证 ```c float q0,q1,q2,q3; while(1) { dmp_read_fifo(gyro, accel, quat, &sensor_timestamp, &sensors, &more); if (sensors & INV_WXYZ_QUAT) { q0 = quat[0] / q30; // 四元数转换为浮点数 q1 = quat[1] / q30; q2 = quat[2] / q30; q3 = quat[3] / q30; } } ``` *静止状态下四元数应稳定在(1,0,0,0)附近[^1]* ### 2. 硬件检查 2.1 电源质量检测 - 使用示波器测量VCC引脚纹波，应<50mV - 在MPU6050的VCC与GND间并联100nF+10μF电容 2.2 机械安装 - 使用3M VHB胶带固定传感器 - 避免安装位置靠近电机/风扇等振动源 ### 3. 软件配置优化 3.1 设置合理量程 ```c mpu_set_gyro_fsr(2000); // 设置陀螺仪量程为±2000dps mpu_set_accel_fsr(2); // 加速度计量程±2g ``` 3.2 调整DMP参数 ```c dmp_set_fifo_rate(100); // 设置100Hz输出频率 dmp_set_orientation(inv_orientation_matrix_to_scalar(gyro_orientation)); ``` ### 4. 温度补偿 4.1 添加温度监控 ```c int16_t temp; mpu_get_temperature(&temp, NULL); printf("Chip Temp: %.1f℃\n", (temp/340.0)+36.53); ``` *温度变化超过5℃需重新校准* ### 5. 数据滤波处理 5.1 添加滑动平均滤波 ```c #define FILTER_SIZE 10 float gyro_buf[3][FILTER_SIZE]; int filter_index = 0; void filter_gyro(float *gx, float *gy, float *gz) { gyro_buf[0][filter_index] = *gx; gyro_buf[1][filter_index] = *gy; gyro_buf[2][filter_index] = *gz; filter_index = (filter_index + 1) % FILTER_SIZE; *gx = median_filter(gyro_buf[0]); *gy = median_filter(gyro_buf[1]); *gz = median_filter(gyro_buf[2]); } ``` ### 6. I2C时序优化 6.1 调整HAL库时序 ```c hi2c1.Init.ClockSpeed = 400000; // 400kHz模式 hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2; hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE; ``` ### 典型调试结果 正常校准后的角速度输出应满足： $$ |\omega_x|, |\omega_y|, |\omega_z| < 0.5\ \text{dps} $$ 当出现持续偏移时，建议按以下流程排查： 1. 检查校准标志位 2. 验证温度补偿 3. 检测电源纹波 4. 重写DMP固件
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