超声波模块

本文主要是介绍超声波模块，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

HCSR04超声波模块是一种常用的测距模块，它通过检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测量出与障碍物之间的距离。以下是对HCSR04超声波模块的详细讲解：

一、模块组成与工作原理

组成：HCSR04超声波模块主要由两个压电陶瓷超声传感器和一个外围信号处理电路构成。其中一个传感器用于发出超声波信号，另一个用于接收反射回来的超声波信号。
工作原理：模块通过IO口触发测距，发送一个40kHz的脉冲信号。该信号通过空气传播，遇到障碍物后被反射回来，并由接收传感器捕获。通过计算超声波发出后到达障碍物再反射回传感器的时间差，并结合已知的超声波传播速度（通常为340m/s，但易受温度、湿度、压强等因素影响），就可以得出障碍物与传感器的距离。

二、技术参数

测距范围：2cm到400cm
测距精度：通常可达到3mm，但高精度的模块可达到0.3cm左右
工作电压：DC 5V
工作电流：15mA
感应角度：不大于15度
工作频率：发送信号为40kHz

三、引脚与连接

HCSR04模块通常具有四个引脚，分别是VCC（电源正极）、GND（电源负极）、Trig（发射信号）和Echo（接收信号）。这些引脚需要与单片机或开发板正确连接，以实现测距功能。

VCC：连接5V电源正极
GND：连接电源负极
Trig：触发信号引脚，通过向该引脚发送至少10μs的高电平脉冲信号，触发超声波的发射
Echo：接收信号引脚，当超声波遇到障碍物并反射回来后，该引脚会输出一个高电平脉冲，其宽度与物体距离成正比

四、应用场景

由于其成本低、精度高、使用简便等特点，HCSR04超声波模块被广泛应用于各种场景，如：

避障机器人：用于检测障碍物与机器人的距离，实现避障控制
智能家居：用于人体检测和距离测量，如检测人的接近并触发开门动作或用于室内的距离测量和触发自动照明等
液位检测：通过测量液面与传感器之间的距离来确定液位
公共安防：如停车场检测、入侵者检测等

五、注意事项

在进行测距时，应注意避免障碍物与传感器之间的夹角过大，以免影响测距精度。
由于声速受温度、湿度、压强等因素影响，因此在测量长距离或需要高精度时，应考虑这些因素对测距结果的影响，并进行相应的修正。
为防止发射信号对回响信号的影响，建议测量周期大于60ms。

超声波HC_SR04的配置

配置思路

1.配置GPIO引脚结构体(Trig,Echo)。
2.配置定时器结构体
3.配置定时器中断结构体
4.开启时钟(定时器，GPIO)
5.Trig引|脚输出高电平(10us以上)，然后关闭
6.等待Echo引脚输入高电平开始，”
定时器打开--->开启计数器计数
7.等待Echo引|脚输入高电平结束，定时器关闭--->停止计数器计数
8.通过计数器的值计算得出超声波测量距离

距离公式:

高电平持续时间 *声速(340/秒)/2

主函数：

#include "stm32f10x.h"
#include "pwm.h"
#include "systick.h"
#include "led.h"
#include "HC_SR04.h"
#include "usart.h"/*
// 被注释掉的延时函数
void delay(uint16_t time)
{uint16_t i = 0;while (time--){i = 12000;while (i--);}
}
*/int main()
{// 存储测量得到的距离float length = 0;// 配置 HCSR04 超声波模块HC_SR04Config();// 初始化串口usart_init();while (1){// 获取距离值length = Getlength();// 通过串口打印距离值，保留三位小数printf("%.3f\r\n", length);// 延时 50 毫秒ms_delay(50);}
}

包含被调函数的.h文件


#include "stm32f10x.h"
void HC_SR04Config(void);
void Open_tim4(void);
void Close_tim4(void);
int GetEcho_time(void);
float Getlength(void);
void TIM4_IRQHandler(void);#define ECHO_Reci GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_10)
#define TRIG_Send(a) if (a) \GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_11); \else \GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_11);

被调函数：

#include "HC_SR04.h"
#include "stm32f10x.h"
#include "systick.h"// 这里 extern 声明外部变量不能同时初始化
extern uint16_t mscount;// 函数功能：配置 HCSR04 超声波模块相关的 GPIO 和定时器，并设置中断优先级
void HC_SR04Config(void)
{// 定义 GPIO 初始化结构体变量 GPIO_hcsr04initGPIO_InitTypeDef GPIO_hcsr04init;// 定义定时器初始化结构体变量 TIM_hcsr04initTIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_hcsr04init;// 定义中断初始化结构体变量 NVIC_hcsr04initNVIC_InitTypeDef NVIC_hcsr04init;// 使能 GPIOB 时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);// 使能 TIM4 时钟RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE);// 设置中断优先级分组为组 1NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);// 以下是对 Trig（触发引脚，PB11）的配置// 设置 GPIO 模式为推挽输出GPIO_hcsr04init.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;// 设置 GPIO 引脚为 PB11GPIO_hcsr04init.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11;// 设置 GPIO 速度为 50MHzGPIO_hcsr04init.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;// 初始化 GPIOBGPIO_Init(GPIOB, &GPIO_hcsr04init);// 以下是对 Echo（回波引脚，PB10）的配置// 设置 GPIO 模式为浮空输入GPIO_hcsr04init.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;// 设置 GPIO 引脚为 PB10GPIO_hcsr04init.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;// 初始化 GPIOBGPIO_Init(GPIOB, &GPIO_hcsr04init);// 以下是对定时器 TIM4 的配置// 设置定时器时钟分频为不分频TIM_hcsr04init.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;// 设置定时器计数模式为向上计数TIM_hcsr04init.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;// 设置定时器周期为 999（1000 - 1）TIM_hcsr04init.TIM_Period = 1000 - 1;// 设置定时器预分频系数为 71（72 - 1）TIM_hcsr04init.TIM_Prescaler = 72 - 1;// 初始化 TIM4TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_hcsr04init);// 使能 TIM4 更新中断TIM_ITConfig(TIM4, TIM_IT_Update, ENABLE);// 禁用 TIM4TIM_Cmd(TIM4, DISABLE);// 以下是对 TIM4 中断的配置// 设置中断通道为 TIM4 中断NVIC_hcsr04init.NVIC_IRQChannel = TIM4_IRQn;// 设置抢占优先级为 0NVIC_hcsr04init.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;// 设置子优先级为 0NVIC_hcsr04init.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;// 使能该中断通道NVIC_hcsr04init.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;// 初始化中断NVIC_Init(&NVIC_hcsr04init);
}// 函数功能：打开定时器 4
void Open_tim4(void)
{// 设置 TIM4 计数器为 0TIM_SetCounter(TIM4, 0);// 重置 mscountmscount = 0;// 使能 TIM4TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);
}// 函数功能：关闭定时器 4
void Close_tim4(void)
{// 禁用 TIM4TIM_Cmd(TIM4, DISABLE);
}// TIM4 中断服务函数
void TIM4_IRQHandler(void)
{// 判断 TIM4 更新中断标志是否置位if (TIM_GetITStatus(TIM4, TIM_IT_Update)!= RESET){// 清除 TIM4 更新中断标志TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_IT_Update);// mscount 自增mscount++;}
}// 函数功能：获取定时器计数值
int GetEcho_time(void)
{uint32_t t = 0;// mscount 乘以 1000t = mscount * 1000;// 加上 TIM4 当前计数器值t += TIM_GetCounter(TIM4);// 设置 TIM4 计数器为 0，这里应该使用 TIM_SetCounter(TIM4, 0);TIM4->CNT = 0;// 延时 50 毫秒ms_delay(50);return t;
}// 函数功能：获取超声波测量的距离
float Getlength(void)
{int i = 0;uint32_t t = 0;float length = 0;float sum = 0;while (i!= 5){// 设置 Trig 引脚为高电平TRIG_Send(1);// 延时 20 微秒us_delay(20);// 设置 Trig 引脚为低电平TRIG_Send(0);// 等待 Echo 引脚为低电平while (ECHO_Reci == 0);// 打开定时器 4Open_tim4();i++;// 等待 Echo 引脚为高电平while (ECHO_Reci == 1);// 关闭定时器 4Close_tim4();// 获取定时器计数值t = GetEcho_time();// 计算距离，58.0 的值可能是根据声速和定时器计数频率计算得出length = ((float)t / 58.0);// 累加距离值sum = sum + length;}// 计算平均距离length = sum / 5.0;return length;
}

板子接线示意图：