【STM32cubeMX+HAL库】US100超声波模块的使用

1、原理简介

US-100超声波测距模块可实现2cm4.5m的非接触测距功能，拥有2.45.5V的宽电压输入范围，静态功耗低于2mA,自带温度传感器对测距结果进行校正，同时具有GPI0,串口等多种通信方式，内带看门狗，工作稳定可靠。

2、电气参数

电气参数	US-100超声波测距模块
工作电压	DC2.4V5.5V
静态电流	2mA
工作温度	20w+70度
输出方式	电平或UART（跳线帽选择）
感应角度	小于15度
探测距离	2cm-450cm
探测精度	0.3cm+1%
UART模式下串口配置	波特率9600，起始位1位，停止位1位，数据位8位，无奇偶校验，无流控制

3、接口说明

本模块共有两个接口，即模式选择跳线和5Pin接口。模式选择跳线的间距为2.54mm,当插上跳线帽时为UART（串口模式，拔掉时为电平触发模式。
从左到右依次编号1,2,3,4,5。它们的定义如下：
1号Pin:接VCC电源(供电范围2.4V~5.5V)
2号Pin:当为UART模式时，接外部电路UART的TX端；当为电平触发模式时，接外部电路的Trig端
3号Pin:当为UART模式时，接外部电路UART的RX端；当为电平触发模式时，接外部电路的Echo端。
4号Pin:接外部电路的地。（接一个就行）
5号Pin:接外部电路的地。

4、产品尺寸

5、 IO模式（电平模式）

在模块上电前，首先去掉模式选择跳线上的跳线帽，使模块处于电平触发模式。电平触发测距的时序如下图所示：

US-100测距时序图表明：只需要在Trig/TX管脚输入一个10US以上的高电平，系统便可发出8个40KHZ的超声波脉冲，然后检测回波信号。当检测到回波信号后，模块还要进行温度值的测量，然后根据当前温度对测距结果进行
校正，将校正后的结果通过Echo/RX管脚输出。在此模式下，模块将距离值转化为340m/s时的时间值的2倍，通过Echo端输出一高电平，可根据此高电平的持续时间来计算距离值。即距离值为：(高电平时间*340m/s)/2。注：因为距离值经经过温度校正，此时无需再根据环境温度对超声波声速进行校正，即不管温度多少，声速选择340/s即可。

6、UART串口模式

6.1、UART串口模式测距

在模块上电前，首先插上模式选择跳线上的跳线帽，使模块处于串口
触发模式。

在此模式下只需要在Trig/TX管脚输入0X55(波特率9600)，系统便
可发出8个40KHZ的超声波脉冲，然后检测回波信号。当检测到回波信
号后，模块还要进行温度值的测量，然后根据当前温度对测距结果进
行校正，将校正后的结果通过Echo/RX管脚输出。
输出的距离值共两个字节，个字节是距离的高8位(HDate),第二个
字节为距离的低8位(LData),单位为毫米。即距离值为（HData*256+
LData)mm。

6.2、UART串口模式测温

在模块上电前，首先插上模式选择跳线上的跳线帽，使模块处于串口
触发模式。

在此模式下只需要在Trig/TX管脚输入0X50(波特率9600)，系统便
启动温度传感器对当前温度进行测量，然后将温度值通过Echo/RX管
脚输出。
测量完成温度后，本模块会返回一个字节的温度值(TData),实际
的温度值为TData-45。例如通过TX发送完0X50后，在RX端收到0X45,
则此时的温度值为[69(0X45的10进制值)-45]=24度。

7、STM32cubeMX配置

8、程序篇（未完篇）

8.1、 IO模式测距（电平模式）

8.2、定时器输入捕获模式 IO模式测距

搞这个首先吐槽一下这杜邦线，是真的拉，从硬件到软件检查了十几遍，没想到是杜邦线出了问题，建议同学们学习一个模块可以立创EDA自己画个板子，直接插上去，避免这种低级错误！
言归正传，超声波定时器输入捕获模式 IO模式测距的原理就是IO测距的原理，只不过将IO模式下的while（ECNO ==0）变成了HAL_TIM_ReadCapturedValue()而已。大同小异。会这种方式，第一种简单的不要不要的，首先还是编程思路：
开启定时器中断，中断使能，以确保能够进行输入捕获，给TRIG一个高电平，时间大于10US,然后拉低，如果正常，则会触发两种回调，一种中断溢出回调，一种捕获回调
中断溢出：
当计时到达我们预设的装载值时，就会产生溢出，我们本次实验是65535，当到达这个值时，会触发中断溢出，我们可以进行的操作时计数，就是看他离触发捕获回调一共产生了多少个中断溢出，

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{if (TIM2 == htim->Instance) {tim_capture_overflow_count++;}
}

捕获回调函数：
就是收到了信号，因为ECNO引脚我们设置为输入捕获状态，当其引脚电平变化时，就会触发该回调
逻辑与（&&）的作用是确定定时器和通道正确。

void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
/* void US100_Capture_Cb(TIM_HandleTypeDef *htim)//这个函数是自己注册的，也可以使用HAL_TIM_RegisterCallback(&htim2, HAL_TIM_IC_CAPTURE_CB_ID, US100_Capture_Cb)进行注册一个自己定义的回调，都一样*/
{ // printf("US100_Capture_Cb\r\n");if (( htim->Instance== TIM2) && (htim->Channel == HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_4)){switch (tim_capture_cnt){case 1:{// printf("case 1\r\n");capture_Buf[0] = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim2, TIM_CHANNEL_4);//捕获到上升沿，获取第一个时间节点__HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim2, TIM_CHANNEL_4, TIM_ICPOLARITY_FALLING); // 清除上一次的捕获极性，并设置为下降沿捕获tim_capture_cnt++;tim_capture_overflow_count = 0;//清除溢出值break;} case 2:{   // printf("case 2\r\n");capture_Buf[1] = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim2, TIM_CHANNEL_4); // 获取第二个时间节点.// HAL_TIM_IC_Stop_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_4);us100_rev_flag  = 1;// 标志位为1，则为接收到了正确的数据tim_capture_cnt = 0;//case值记为零break;}}}
}

然后就是计算高电平时间：

float US100_High_Time(void)
{uint16_t length;capture_Buf[1] = capture_Buf[1] + tim_capture_overflow_count*65536;//加上溢出值high_time[0] = capture_Buf[1] - capture_Buf[0];//high_time[0]是微秒，先化为秒，high_time[0]/1000000,再通过公式计算距离，high_time[0]/1000000*340/2=Value (m/s),可以再乘以100，就是（cm/s）length = (high_time[0])*34000/2000000.0;return length;
}

在TIMz.c文件中，要使能中断

void MX_TIM2_Init(void)
{/* USER CODE BEGIN TIM2_Init 0 *//* USER CODE END TIM2_Init 0 */TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};TIM_IC_InitTypeDef sConfigIC = {0};/* USER CODE BEGIN TIM2_Init 1 *//* USER CODE END TIM2_Init 1 */htim2.Instance = TIM2;htim2.Init.Prescaler = 71;htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;htim2.Init.Period = 65535;htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;htim2.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;if (HAL_TIM_IC_Init(&htim2) != HAL_OK){Error_Handler();}sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim2, &sMasterConfig) != HAL_OK){Error_Handler();}sConfigIC.ICPolarity = TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING;sConfigIC.ICSelection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;sConfigIC.ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;sConfigIC.ICFilter = 0;if (HAL_TIM_IC_ConfigChannel(&htim2, &sConfigIC, TIM_CHANNEL_4) != HAL_OK){Error_Handler();}/* USER CODE BEGIN TIM2_Init 2 */// HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_4);__HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim2, TIM_CHANNEL_4, TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING); /* USER CODE END TIM2_Init 2 */}

main函数中：

 while (1){if (us100_rev_flag == 1){us100_rev_flag = 0;tim_capture_cnt++;printf("Lengh:%.2fcm\r\n", US100_High_Time());memset(high_time, 0, HIRG_TIME_LEN);US100_Start();__HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim2, TIM_CHANNEL_4, TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING);}/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */}/* USER CODE END 3 */
}

bsp_us100.h中

/** @Author: MBW* @Date: 2023-04-14 11:00:56* @LastEditors: MBW* @LastEditTime: 2023-04-14 18:06:09* @FilePath: \stm32f103rct6_us100_tset\bsp\inc\bsp_us100.h* @Description: * * Copyright (c) 2023 by MBW, All Rights Reserved. */
#ifndef  __BSP_US100_H__
#define __BSP_US100_H__#include "main.h"
#include "tim.h"
#include "usart.h"#define HIRG_TIME_LEN   1
extern uint16_t tim_capture_cnt;            //溢出次数
extern uint8_t  us100_rev_flag;             //接收标志位
extern uint16_t capture_Buf[3];             //存放计数值
extern uint16_t high_time[HIRG_TIME_LEN];   //高电平时间#define TRIG_HIGH   HAL_GPIO_WritePin(TRIG_GPIO_Port, TRIG_Pin, GPIO_PIN_SET)
#define TRIG_LOW    HAL_GPIO_WritePin(TRIG_GPIO_Port, TRIG_Pin, GPIO_PIN_RESET)void US100_Start(void);
float US100_High_Time(void);#endif // ! __BSP_US100_H__

bsp_us100.c

/** @Author: MBW* @Date: 2023-04-14 11:01:04* @LastEditors: MBW* @LastEditTime: 2023-04-14 23:44:38* @FilePath: \stm32f103rct6_us100_tset\bsp\src\bsp_us100.c* @Description:** Copyright (c) 2023 by MBW, All Rights Reserved.*/
#include "bsp_us100.h"
#include "bsp_delay.h"// high_time = tim_capture_cnt*65536+tim_capture_valuint16_t tim_capture_cnt = 0;                   // 计数
uint16_t tim_capture_overflow_count = 0;        //溢出值
uint8_t us100_rev_flag = 0;                     // 接收标志位
uint16_t capture_Buf[3] = {0};                  // 存放计数值
uint16_t high_time[HIRG_TIME_LEN];              // 高电平时间void US100_Start(void);
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim);
void US100_Capture_Cb(TIM_HandleTypeDef *htim);
float US100_High_Time(void);void US100_Start(void)
{TRIG_LOW;HAL_Delay(1);TRIG_HIGH;HAL_Delay(1);TRIG_LOW;// HAL_TIM_RegisterCallback(&htim2, HAL_TIM_IC_CAPTURE_CB_ID, US100_Capture_Cb);
}void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{if (TIM2 == htim->Instance){tim_capture_overflow_count++;}
}void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
// void US100_Capture_Cb(TIM_HandleTypeDef *htim)
{ if (( htim->Instance== TIM2) && (htim->Channel == HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_4)){switch (tim_capture_cnt){case 1:{// printf("case 1\r\n");capture_Buf[0] = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim2, TIM_CHANNEL_4);//捕获到上升沿，获取第一个时间节点__HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim2, TIM_CHANNEL_4, TIM_ICPOLARITY_FALLING); // 清除上一次的捕获极性，并设置为下降沿捕获tim_capture_cnt++;tim_capture_overflow_count = 0;//清除溢出值break;} case 2:{   // printf("case 2\r\n");capture_Buf[1] = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim2, TIM_CHANNEL_4); // 获取第二个时间节点.us100_rev_flag  = 1;// 标志位为1，则为接收到了正确的数据tim_capture_cnt = 0;//case值记为零break;}}}
}float US100_High_Time(void)
{uint16_t length;capture_Buf[1] = capture_Buf[1] + tim_capture_overflow_count*65536;//加上溢出值high_time[0] = capture_Buf[1] - capture_Buf[0];length = (high_time[0])*34000/2000000.0;return length;
}

8.3、UART串口模式测距

8.4、UART串口模式测温

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