传感器系列(一)——超声波测距传感器 HC—SR04模块
目录标题
- 1.前言(闲话)
- 2.HC-SR04模块介绍
- 3.硬件连接
- 4.软件代码
- 5.学习补充
- 6.效果展示(可以先过来看效果)
- 7.参考链接
- 8.完整版代码链接
1.前言(闲话)
众所周知传感器(transducer/sensor)是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器在生活中无处不在,小到温湿度传感器测量温湿度,大到当今最火热的领域——物联网IoT,传感器总是发挥着重要的作用。而学习传感器也尤为重要,特别是在电子设计中。
2.HC-SR04模块介绍
1.简介
HC-SR04模块性能稳定,测度距离精确,模块高精度,盲区小。在日常生活中,以下地方都可应用超声波测距模块:
(1)机器人避障
(2)物体测距
(3)液位检测
(4)公共安防
(5)停车场检测
(6)电子设计中的避障智能车也正是应用到了此模块,才能达到避开障碍的功能。
2.电气参数
电气参数 | HC-SR04超声波测距模块 |
---|---|
工作电压 | DC 5V |
工作电流 | 15mA |
工作频率 | 40Hz |
最远射程 | 4米 |
最近射程 | 2厘米 |
测量角度 | 15度 |
输入触发信号 | 10us的TTL脉冲 |
输出回响信号 | 输出与射程成正比的TTL电平信号 |
规格尺寸 | 40x20x15mm |
3.工作原理
第一步:通过IO口给Trig接口周期不小于10us的脉冲信号。
第二步:HC-SR04接收到单片机发来的脉冲信号后自动发送8个频率为4KHz的方波,自动检测是否有信号返回。
第三步:若有信号返回,则通过Echo接口向单片机相连的IO口发送一个高电平,高电平持续时间就是超声波从发射到返回的总时间。
假设高电平持续时间为T,声速为v(一般为340m/s),那么测到的距离S=(T*v)/2。
4.换算单位
(1)us / 58 ——>cm
(2)cm / 148 ——>英寸
5.HC-SR04时序图
结合HC-SR04的时序图,其工作原理可以更好地解释。
6.实物图
3.硬件连接
1.VCC —— 5V
2.GND——GND
3.Trig ——PA0(TIM2_CH1)
4.Echo ——PA1(TIM2_CH2)
4.软件代码
hcsr04.h
#ifndef __HCSR04_H
#define __HCSR04_H#include "sys.h"void Hcsr04Init(void);
void TIM2_RQHandler(void);
u32 GetEchoTimer(void);
float Hcsr04GetLength(void);#endif
hcsr04.c
#include "hcsr04.h"
#include "stm32f10x.h"
#include "sys.h"
#include "delay.h"#define TRIG_Send PAout(0)
#define ECHO_Reci PAin(1)u16 msHcCount = 0;//ms计数/* 对应IO口初始化 */
void Hcsr04Init(void)
{TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE); //使能对应RCC时钟//PA0_CH1 TrigGPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; //发送电平引脚GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);//PA1_CH2 Echo GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1; //返回电平引脚GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1); TIM_DeInit(TIM2);TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = (1000-1); //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值,计数到1000为1msTIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =(72-1); //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值 1M的计数频率 1US计数TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1; //不分频TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数模式TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure); TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_Update,ENABLE); //打开定时器更新中断NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn; //选择串口1中断NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; //抢占式中断优先级设置为1NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; //响应式中断优先级设置为1NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能中断NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);TIM_Cmd(TIM2,DISABLE);
}static void OpenTimerForHc() //打开定时器
{TIM_SetCounter(TIM2,0); //清除计数msHcCount = 0;TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); //使能TIM2外设
}static void CloseTimerForHc() //关闭定时器
{TIM_Cmd(TIM2, DISABLE); //使能TIM2外设
}//定时器1中断服务程序
void TIM2_IRQHandler(void) //TIM2中断
{if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET) //检查TIM2更新中断发生与否{TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update ); //清除TIM2更新中断标志 msHcCount++;}
}//获取定时器时间
u32 GetEchoTimer(void)
{u32 t = 0;t = msHcCount*1000; //得到ust += TIM_GetCounter(TIM2); //得到usTIM2->CNT = 0; //将TIM2计数寄存器的计数值清零delay_ms(50);return t;
}//一次获取超声波测距数据 两次测距之间需要相隔一段时间,隔断回响信号
//为了消除余震的影响,取五次数据的平均值进行加权滤波。
float Hcsr04GetLength(void)
{u32 t = 0;int i = 0;float lengthTemp = 0;float sum = 0;while(i!=5){TRIG_Send = 1; //发送口高电平输出delay_us(20); //20us脉冲TRIG_Send = 0; //脉冲发送完成/*等待接收口高电平输出*/while(ECHO_Reci == 0); OpenTimerForHc(); //打开定时器i = i + 1;/*等待高电平输出结束*/while(ECHO_Reci == 1);CloseTimerForHc(); //关闭定时器t = GetEchoTimer(); //获取时间,分辨率为1USlengthTemp = ((float)t/58.0); //cmsum = lengthTemp + sum ; }lengthTemp = sum/5.0; //平均滤波return lengthTemp;
}
main.c
#include "stm32f10x.h"
#include "uart.h"
#include "delay.h"
#include "hcsr04.h"
#include "usart.h"
#include "stdio.h"int main()
{float length = 0;NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);delay_init();uart_init(115200);printf("串口初始化成功!\r\n");Hcsr04Init();printf("HcSr04初始化成功!\r\n");while(1){length = Hcsr04GetLength();printf("距离为 %f cm\r\n",length);}}
5.学习补充
补充1:利用正点原子官方模板中system中的usart.c文件里面的uart_init函数来进行串口打印距离。
但是注意,如果要想使用printf函数打印数据,必须要加入以下语句(正点原子的模板默认是加入了的),否则将无法打印数据:
//
//加入以下代码,支持printf函数,而不需要选择use MicroLIB
#if 1
#pragma import(__use_no_semihosting)
//标准库需要的支持函数
struct __FILE
{ int handle; }; FILE __stdout;
//定义_sys_exit()以避免使用半主机模式
void _sys_exit(int x)
{ x = x;
}
//重定义fputc函数
int fputc(int ch, FILE *f)
{ while((USART1->SR&0X40)==0);//循环发送,直到发送完毕 USART1->DR = (u8) ch; return ch;
}
#endif
补充2:静态局部函数不需要在头文件中声明
在hcsr04.c中,使用了static void OpenTimerForHc()
和static void CloseTimerForHc()
两个局部函数,这两个局部函数只服务于hcsr04.c该文件,不需要在hcsr04.h中加以声明。
补充3.us/58——>cm换算原理
声音在干燥、摄氏 20度的空气中的传播速度大约为343米/秒,合34,300厘米/秒。或者,我们作一下单位换算,34,300除以1,000,000厘米/微秒。即为:0.0343厘米/微秒再换一个角度,1/(0.0343 厘米/微秒)即:29.15 微秒/厘米。这就意味着,每291.5微秒表示10CM的距离。1厘米就是29.15微秒。但是发送后到接收到回波,声音走过的是2倍的距离。所以实际距离就是1厘米,对应58.3微秒。实际上整个测距过程是测的发出声波到收到回波的时间,你的程序里的第一个distance实际上是时间us。所以换成距离cm,要除以58。当然除以58.3可能更精确。
该补充的参考链接
6.效果展示(可以先过来看效果)
7.参考链接
[1]百度百科 传感器
[2]博客:us/58——>cm换算原理
8.完整版代码链接
完整版代码下载链接
往期博客:
《OpenMv与Stm32单片机通信》
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