STM32控制3路超声波传感器

使用STM32定时器输入捕获模块控制3路超声波传感器
本次使用的超声波传感器是常见HC-SR04,该传感器常常使用在小型机器人和智能小车的避障系统中。

在上图中，5v和GND为模块提供电能，Trig用于触发模块测距，Echo用于接受返回电平信号。
其操作时序图如下：

如上图所示，STM32给Trig引脚一个超过10us的高电平，就可以使能模块内部的测距电路，模块会循环发出8个40kHz脉冲，发射出超声波，然后通过检测Echo引脚的高电平时间就可以测量出模块与障碍物之间的距离。其计算公式可表示如下：

distance=340∗Echo高电平时间2distance=340∗Echo高电平时间2

distance=\frac{340*Echo高电平时间}{2}
模块驱动程序如下：

void HC_SR04_Init(void)
{/*初始化GPIO*/GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;NVIC_InitTypeDef         NVIC_InitStructure;TIM_ICInitTypeDef        TIM_ICInitStructure;RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);//使能GPIOA时钟RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);//使能定时器2GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6; //Trig:PA4,PA5,PA6GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHzGPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_DOWN;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3; //Echo: PA2,PA3对应TIM2的通道3,4GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;//打开引脚复用GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHzGPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL; GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource2,GPIO_AF_TIM2);GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource3,GPIO_AF_TIM2);GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOARCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);//Enable GPIOB's ClockGPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;//PB3 refers to TIM2's channel 2GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHzGPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL; GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource3,GPIO_AF_TIM2);GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//initialize GPIOB/初始化TIM2*/TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 0xffffffff; //传感器最大探测距离4000mm,一般不会溢出TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =84-1;  //设置TIM2时钟频率为1MHzTIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure); //初始化TIM2输入捕获TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_2; TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_BothEdge; //上升和下降都触发输入捕获TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection =  TIM_ICSelection_DirectTI;TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1; TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x00;TIM_ICInit(TIM2, &TIM_ICInitStructure);TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_3; TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_BothEdge; TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection =  TIM_ICSelection_DirectTI;TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;  TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x00;TIM_ICInit(TIM2, &TIM_ICInitStructure);TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_4; TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_BothEdge; TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection =  TIM_ICSelection_DirectTI;TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;  TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x00;TIM_ICInit(TIM2, &TIM_ICInitStructure);//设置输入捕获中断NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC2|TIM_IT_CC3|TIM_IT_CC4,ENABLE);//使能中断TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);     dist.overflow=0;
}

值得注意的是，这里的输入捕获的边缘极性设定为上升和下降沿都捕获，效率比较高，也有大神开始使用上升沿捕获，然后在中断中将捕获记性设定为下降沿捕获，我试过这种办法，程序容易卡死，所以没有采用。
中断程序可以这样编写：

void TIM2_IRQHandler(void)
{static uint16_t cnt_f,cnt_l,cnt_r;if(TIM_GetITStatus(TIM2,TIM_IT_Update)!=RESET){dist.overflow++;TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
//       printf("overflow\n");}if(TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_CC2)!=RESET){cnt_f++;if(cnt_f%2==1)//检测到了上升电平{TIM2->CNT=0;//计数器清零}else//检测到了下降沿电平，读取距离值{dist.cnt=TIM2->CNT;TIM2->CNT=0;dist.f_distance=(dist.overflow*0xffffffff+dist.cnt)*0.17f;printf("F_dis=%.2fmm\n",dist.f_distance);dist.overflow=0;}if(cnt_f>65535)cnt_f=0;TIM_ClearITPendingBit(TIM2,  TIM_IT_CC2);}if(TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_CC3)!=RESET){cnt_l++;if(cnt_l%2==1)//检测到了上升电平{TIM2->CNT=0;}else{dist.cnt=TIM2->CNT;TIM2->CNT=0;dist.l_distance=(dist.overflow*0xffffffff+dist.cnt)*0.17f;printf("L_dis=%.2fmm\n",dist.l_distance);dist.overflow=0;}if(cnt_l>65535)cnt_l=0;TIM_ClearITPendingBit(TIM2,  TIM_IT_CC3);}if(TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_CC4)!=RESET){cnt_r++;if(cnt_r%2==1){TIM2->CNT=0;}else{dist.cnt=TIM2->CNT;TIM2->CNT=0;dist.r_distance=(dist.overflow*0xffffffff+dist.cnt)*0.17f;printf("R_dis=%.2fmm\n",dist.r_distance);dist.overflow=0;}if(cnt_r>65535)cnt_r=0;TIM_ClearITPendingBit(TIM2,  TIM_IT_CC4);}
}

这样设计的好处是中断程序设计简单，可以保证实时性。
触发模块进行测量，通过给模块的Trig引脚一个超过10us高电平信号就可以触发模块进行距离测量，程序代码如下：

/*
function:启动距离测量
choice: 0:左边超声波模块1：中间超声波模块2：右边超声波模块
*/
void Get_Distance(uint8_t choice)
{switch(choice){case 0:GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4);GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4);Delay_us(15);GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4);  break;case 1:GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_5);GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_5);Delay_us(15);GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_5);  break;case 2:GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_6);GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_6);Delay_us(15);GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_6);  break;}
}

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