【STM32】标准库与HAL库对照学习教程外设篇--超声波测距传感器

一、前言
二、准备工作
三、超声波测距传感器
- 1、原理说明
- 2、使用说明
四、标准库使用传感器
- 1、实验程序
- 2、实验效果
五、HAL库使用传感器
- 1、cubemx主要配置
- 2、实验程序
- 3、实验效果

一、前言

本篇介绍如何使用STM32控制超声波传感器，方法可以使用STM32的定时器计数或者输入捕获功能，本篇使用的是定时器中断。

有关定时器的知识在：
【STM32】标准库与HAL库对照学习教程七–定时器中断中有详细说明。

本篇使用串口将测试的距离打印在电脑，有关STM32串口通信的知识可以看这篇文章：
【STM32】标准库与HAL库对照学习教程八–串口通信详解

二、准备工作

STM32开发板（我用的是普中的STM32F103ZE的Z200系列）
STM32cubemx软件、keil5（MDK）
HC-SR04超声波传感器或者HY-SRF05超声波传感器

三、超声波测距传感器

1、原理说明

超声波测距传感器使用回声测距法。传感器由超声波发射器、超声波接收器、传感器电路组成，传感器主要用到4个引脚，VCC、Trig、Echo、GND。
测距原理是超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时计数器开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物面阻挡就立即反射回来，超声波接收器收到反射回的超声波就立即停止计时。
超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物面的距离s，即：s=340t/2。

2、使用说明

VCC应接5V供电
使用时，STM32给Trig引脚输出10us到20us的高电平，传感器发射超声波。
当接收到回声时，Echo引脚输出一定时间的高电平，高电平的持续时间，就是整个过程的时间，因此，距离=高电平时间*声速/2。
超声波测距模块可测量距离范围是2cm-400cm，测距精度可达高到3mm；
为了防止回声信号干扰，建议测量周期在60ms以上。

四、标准库使用传感器

1、实验程序

main.c

#include "LED.h"
#include "Delay.h"
#include "System.h"
#include "usart.h"
#include<stdio.h>
#include "ultrasonic.h"/*************************************************
*函数名：    main
*函数功能： 主函数
*输入：     无
*返回值：   无
**************************************************/
int main()
{SysTick_Init(72);NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);  //抢占式优先级与响应式优先级的分组LED_Init();USART1_Init(9600);Ultrasonic_Init();while(1){printf("distance = %f mm\r\n",Get_distance()); //输出距离}
}

ultrasonic.c

#include "ultrasonic.h"
#include "System.c"
#include "Delay.h"/*************************************************
*函数名：    Ultrasonic_Init
*函数功能：  超声波初始化函数
*输入：      无
*返回值：    无
**************************************************/
void Ultrasonic_Init()
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
//  NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;RCC_APB2PeriphClockCmd(Trig_RCC|Echo_RCC, ENABLE); //打开对应引脚时钟RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);  //打开定时器时钟GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = Trig_Pin;  //Trig引脚GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;  //推挽输出GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;  //输出速度GPIO_Init(Trig_Port, &GPIO_InitStruct);  //引脚初始化GPIO_ResetBits(Trig_Port,Trig_Pin);  //引脚置低GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = Echo_Pin;  //Echo引脚GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;  //下拉输入GPIO_Init(Echo_Port, &GPIO_InitStruct);  //引脚初始化TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler = 71;  //分频系数TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period = 50000;     //重装载值TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;  //定时器时钟不分频TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //向上计数模式TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStruct);  //定时器初始化}/*************************************************
*函数名：     Get_distance
*函数功能：   获得距离
*输入：       无
*返回值：     距离，类型浮点型，单位mm
**************************************************/
float Get_distance()
{float TIME_distance;Trig = 1; Delay_us(15); Trig = 0;  //给Trig引脚15us的高电平 TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);  //定时器3使能while(!Echo)  //等待高电平出现{if(TIM_GetCounter(TIM3)>40000)  //200ms内未接收到返回信号{TIM_Cmd(TIM3, DISABLE);  //定时器3失能TIM_SetCounter(TIM3, 0);  //计时器清零return ERROR;}}TIM_SetCounter(TIM3, 0);   //接收到高电平，开始计时while(Echo); //等待低电平出现TIM_Cmd(TIM3, DISABLE);  //定时器3失能TIME_distance = ((float)TIM_GetCounter(TIM3)/1000.0)*340/2.0; //计算距离TIM_SetCounter(TIM3, 0);  //计时器清零return TIME_distance;  //返回距离，单位mm
}

ultrasonic.h

#ifndef ULTRASONIC_H_
#define ULTRASONIC_H_#include "stm32f10x.h"/************重定义引脚便于移植************/
#define Trig_RCC   RCC_APB2Periph_GPIOB
#define Trig_Pin   GPIO_Pin_1
#define Trig_Port  GPIOB#define Echo_RCC   RCC_APB2Periph_GPIOB
#define Echo_Pin   GPIO_Pin_2
#define Echo_Port  GPIOB/************位带操作************/
#define Trig       PBout(1)
#define Echo       PBin(2)/************函数说明************/
void Ultrasonic_Init(void);
float Get_distance(void);#endif

2、实验效果

五、HAL库使用传感器

1、cubemx主要配置

①

②

③

④串口配置

⑤定时器配置

⑥引脚配置

⑦工程配置

⑧在工程内添加文件（记得添加文件路径）

2、实验程序

ultrasonic.c

#include "Ultrasonic.h"
#include "tim.h"
#include "Delay.h"
#include "System.h"/*************************************************
*函数名：   Ultrasonic_Get_Distance
*函数功能： 获取超声波距离函数
*输入：     无
*返回值：   无
**************************************************/
float Ultrasonic_Get_Distance()
{float Distance;Trig = 1; Delay_ms(15); Trig = 0;   //给Trig引脚15us的高电平HAL_TIM_Base_Start(&htim3);  //打开定时器while(!Echo)  //等待回声出现{if(__HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim3)>40000)  //时间超时{HAL_TIM_Base_Stop(&htim3);         //关闭定时器__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim3, 0);  //计数器清零return ERROR;}}__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim3, 0);  //计数器清零while(Echo); //等待低电平结束HAL_TIM_Base_Stop(&htim3);         //关闭定时器Distance = ((float)__HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim3)/1000.0)*340/2.0;  //计算距离__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim3, 0);  //计数器清零return Distance;
}

ultrasonic.h

#ifndef UITRASONIC_H_
#define UITRASONIC_H_#include "stm32f1xx_hal.h"/************位带操作************/
#define Trig  PBout(1)
#define Echo  PBin(2)/************函数定义************/
float Ultrasonic_Get_Distance(void);#endif

main.c

#include<stdio.h>
#include "Ultrasonic.h"
/*** 函数功能: 重定向c库函数printf到DEBUG_USARTx* 输入参数: 无* 返 回 值: 无* 说    明：无*/
int fputc(int ch, FILE *f)
{HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xffff);return ch;
}

printf("distance = %f mm \r\n",Ultrasonic_Get_Distance());
HAL_Delay(500);

3、实验效果

到这里就结束啦！

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