超声波测距系统的设计实现（基于STM32 ）-软件部分

超声波测距是一种典型的非接触测量方式。超声波在气体、液体及固体中以不同速度传播，定向性好、能量集中、传输过程中衰减较小、反射能力较强。且超声波测距系统结构简单、电路易实现、成本低、速度快，所以在工业自动控制、建筑工程测量和机器人视觉识别等领域应用非常广泛。
3 软件算法
3.1 基本流程
系统以STM32 单片机为核心，实现对各部分的控制和响应。测距软件的基本流程：首先使用美国DALAS 公司生产的DS18B20 数字温度传感器测量环境温度，通过查找事先建立好的声速-温度对照表得到当前声速；开启计数器计时，同时通过STM32 的PWM 模块产生8 个周期40 KHz 的脉冲方波和输入捕捉模块捕获超声波回波。待回波进入接收电路，经放大／整形等硬件处理后，进入单片机。单片机捕捉到回波的
触发信号，并记录产生下降沿的时刻；经过软件滤波，和峰值时间检测算法，得到峰值时刻作为回波到达的时刻，最后计算距离。软件流程如图5 所示。

STM32 的高级定时器由一个16 位的自动装载计数器组成，时钟源频率高达72 MHz，大大提高了时间测量的分辨率。高级定时器有4 个独立的通道，本文利用其互补的PWM来驱动超声波发射器，输入捕获通道来捕捉回波信号，在开启定时器的同一时刻也启动了PWM，这不仅消除了启动发射和启动计时之间的误差，并且捕获通道精准的记录了超声波回波到达的时刻（比较器的下降沿）。待单片机进入中断后读取该值，而非等到进入中断后才开始读取当前计时器的值。
3.2 峰值时间检测
回波信号处理常规的方法是采用具有固定阈值电平的比较器电路，将回波信号与某一固定阈值电平在比较器电路中进行比较，比较器输出的翻转时间就是回波到达的时间，在使用了时间增益补偿电路后，超声波回波信号的幅值得到了相对的稳定，但由于回波信号幅度仍存在一定程度的波动及回波信号被展宽，造成了时间检测产生一定的误差，因而在设计中把回波幅度的峰值时间点作为回波到达的时间。传
统的峰值检测方法大多通过硬件电路，包括包络检测电路、微分电路和过零检测电路，设计较复杂，难实现。本文通过软件方法来实现峰值检测。
超声波回波经过比较器LMV331 后，将产生频率为40 kHz的方波，由于比较器阈值固定，回波信号的占空比将由小变大，达到一个最大值后再变小，而占空比最大处正对应着峰值点所在的回波波形，th/2 处对应着峰值时刻点，如图6 所示。STM32 的PWM 输入模式启用两个输入捕获单元对应同一个输入信号，分别捕获信号的上升沿和下降沿，可以方便计算出回波信号的频率和占空比。

4 结果
为了验证系统的测量精度及盲区，在实验室进行了测距实验，表1 中的测量距离一栏取的是3 次测量的平均值。测量结果如表1 所示。

由表1 中数据可知：一方面，由于采用了峰值时间检测技术，使得系统的盲区很小；另一方面，在所测量程内，由于采用了时间增益补偿技术，使得测量误差并没有随着距离的增大而增大。

以下是我的stm32代码，可以去连接下载，有点小问题：https://download.csdn.net/download/leva345/37549084

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