超声波测距HC-SR04模块的简单应用

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一、HC-SR04

HC-SR04是什么？

HC-SR04是一种常见的超声波测距模块，它可以用于测量物体与传感器之间的距离，在机器人导航、智能家居和安防系统等领域得到了广泛的应用。

HC-SR04超声波测距模块包含一个发射器和一个接收器，它们通过超声波信号实现测距。当发射器发出超声波信号后，它会被目标物体反射回来，并被接收器接收。根据超声波从发射到接收的时间差，就可以计算出物体与传感器之间的距离。

正面：

背面：

HC-SR04测距的原理

工作原理：
HC-SR04超声波测距模块由发射器和接收器组成。它通过发射超声波信号并接收反射回来的信号，利用信号的往返时间差来计算距离。

(1)采用 IO 触发测距，给至少 10us 的高电平信号;
(2)模块自动发送 8 个 40khz 的方波，自动检测是否有信号返回；
(3)有信号返回，通过 IO 输出一高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间．测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2;

模块使用注意事项：
1：此模块不宜带电连接，如果要带电连接，则先让模块的 Gnd 端先连接。否则会影响
模块工作。
2：测距时，被测物体的面积不少于 0.5 平方米且要尽量平整。否则会影响测试结果。

二、使用步骤

1.硬件

最远探测距离调节

上图标志电阻即 R3,可以调节最大探测距离。R3 电阻为 392，探测距离最大 4.5M 左右，探测角度小于 15 度；R3 电阻为 472，探测距离最大 7M 左右，探测角度小于 30 度；出厂默认 392，即最大探测距离 4.5M 左右。R3 电阻大，接收部分增益高，检测距离大，但检测角度会相应变大，容易检测到前方旁边的物体。当然,在不要求很高的测试距离的条件下,
可以改小 R3 来减小探测角度，这时最大测距会减小。

硬件连接

VCC	电源5V	接5V
Trig	控制端	接PB12
Echo	接收端	接PB13
GND	电源地	接GND

/* Defines ------------------------------------------------------------------*/
#define HCSR04_GPIO_RCC    RCC_APB2Periph_GPIOB
#define HCSR04_GPIO_Port   GPIOB
#define Trig_Pin           GPIO_Pin_12
#define Echo_Pin           GPIO_Pin_13//根据实际的引脚修改

2.软件

1.初始化配置代码如下（示例）：

/*******************************************************************************
 * 函数名：User_HCSR04_Init
 * 描述  ：HCSR04初始化
 * 输入  ：void
 * 输出  ：void
 * 调用  ：初始化
 * 备注  ：
*******************************************************************************/
void User_HCSR04_Init(void)
{
	User_TIM1_Init();
    HCSR04_GPIO_Init();
}

引脚初始化

/*******************************************************************************
 * 函数名：HCSR04_GPIO_Init
 * 描述  ：HCSR04引脚初始化
 * 输入  ：void
 * 输出  ：void
 * 调用  ：初始化
 * 备注  ：
*******************************************************************************/
void HCSR04_GPIO_Init(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);

	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;//推挽输出   

	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; 

	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = Trig_Pin;//控制脚 Trig	

	GPIO_Init(HCSR04_GPIO_Port, &GPIO_InitStructure);
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;//下拉输入 

	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = Echo_Pin;//接收脚 Echo	

	GPIO_Init(HCSR04_GPIO_Port, &GPIO_InitStructure);	
}

定时器初始化

/*******************************************************************************
 * 函数名：User_TIM1_Init
 * 描述  ：定时器1初始化
 * 输入  ：void
 * 输出  ：void
 * 调用  ：初始化
 * 备注  ：
*******************************************************************************/
void User_TIM1_Init(void)
{
    RCC_APB2PeriphClockCmd(HCSR04_TIM_CLK_ENABLE, ENABLE); // 启用TIM1时钟

    TIM_InternalClockConfig(HCSR04_TIM);// 设置TIM1使用内部时钟

    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM1_TimeBaseInitStructure;// 定义结构体，配置定时器
    TIM1_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; // 设置1分频（不分频）
    TIM1_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;// 设置计数模式为向上计数
    TIM1_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = PERIOD_COUNT - 1;    // 设置最大计数值，达到最大值触发更新事件
    TIM1_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = PRESCALER_COUNT - 1;    // 设置时钟预分频
    TIM1_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;    // 重复计数器
    TIM_TimeBaseInit(HCSR04_TIM, &TIM1_TimeBaseInitStructure);    // 初始化TIM1定时器

    TIM_ClearFlag(HCSR04_TIM, TIM_FLAG_Update);    // 清除更新中断标志位
    TIM_ITConfig(HCSR04_TIM, TIM_IT_Update, ENABLE);    // 开启更新中断

	TIM1_NVIC_Init();
	 
    TIM_Cmd(HCSR04_TIM, ENABLE);    // 开启定时器
}

/*******************************************************************************
 * 函数名：TIM1_NVIC_Init
 * 描述  ：定时器1中断配置初始化
 * 输入  ：void
 * 输出  ：void
 * 调用  ：初始化
 * 备注  ：
*******************************************************************************/
void TIM1_NVIC_Init(void)
{
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);    // 设置中断优先级分组

    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;    // 定义结构体，配置中断优先级
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = HCSR04_TIM_IRQn; // 指定中断通道
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;    // 中断使能
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;    // 设置抢占优先级为最高
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;    // 设置响应优先级为最高
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

2.引脚输入输出配置代码如下（示例）：

/*******************************************************************************
 * 函数名：Trig_out_High
 * 描述  ：Trig输出高电平
 * 输入  ：void
 * 输出  ：void
 * 调用  ：内部调用
 * 备注  ：
 *******************************************************************************/
void Trig_Out_High(void)
{
  GPIO_SetBits(HCSR04_GPIO_Port,Trig_Pin);//Trig= 1
}

/*******************************************************************************
 * 函数名：Trig_Out_Low
 * 描述  ：Trig输出低电平
 * 输入  ：void
 * 输出  ：void
 * 调用  ：内部调用
 * 备注  ：
 *******************************************************************************/
void Trig_Out_Low(void)
{
  GPIO_ResetBits(HCSR04_GPIO_Port,Trig_Pin);//Trig= 0		
}

/*******************************************************************************
 * 函数名：Read_Echo_Level
 * 描述  ：读取Echo引脚电平
 * 输入  ：void
 * 输出  ：void
 * 调用  ：内部调用
 * 备注  ：
 *******************************************************************************/
uint8_t Read_Echo_Level(void)
{
  return GPIO_ReadInputDataBit(HCSR04_GPIO_Port,Echo_Pin);
}

3.定时器中断处理代码如下（示例）：

/*******************************************************************************
 * 函数名：HCSR04_TIM_IRQHandler
 * 描述  ：定时器1中断服务程序
 * 输入  ：void
 * 输出  ：void
 * 调用  ：初始化
 * 备注  ：
*******************************************************************************/
void HCSR04_TIM_IRQHandler(void)
{
    if(TIM_GetITStatus(HCSR04_TIM, TIM_IT_Update) != RESET)
    {
	    if(ditance_flag)
		{
			ditance_count++;
		}
        TIM_ClearITPendingBit(HCSR04_TIM, TIM_IT_Update); //清除中断挂起位
    }
}

4.HCSR04测距函数代码如下（示例）：

/*******************************************************************************
 * 函数名：Measurement_function
 * 描述  ：HCSR04测距函数
 * 输入  ：void
 * 输出  ：void
 * 调用  ：内部调用
 * 备注  ：
 *******************************************************************************/
void Measurement_function(void)
{
    Trig_Out_High();
	Delay_20us();
    Trig_Out_Low();	
	while(Read_Echo_Level()==0);//等待低电平结束
	ditance_count = 0;	
	while(Read_Echo_Level()==1);//等待高电平结束	
    ditance_flag = 1;	
	if(ditance_count < Overtime)//小于超时时间 38ms
	{
	   MM_ditance = ((ditance_count * 340)/2)/100;//单位毫米MM
	}
}

5.显示函数代码如下（示例）：

对OLED有疑问的可以参考我的另外一篇博客0.96寸OLED（IIC接口）显示屏的图像显示应用

/*******************************************************************************
 * 函数名：OLED_Rfresh
 * 描述  ：OLED实时显示数据刷新
 * 输入  ：void
 * 输出  ：void
 * 调用  ：1s
 * 备注  ：
 *******************************************************************************/
void OLED_Rfresh(void)
{
	OLED_ShowString(1, 1, "Distance:");	//1行1列显示字符串Distance:
	OLED_Part_Clear(2,1,16);
	if(MM_ditance < 10)
	{
	    OLED_ShowNum(2,10,MM_ditance,1);	
		OLED_ShowString(2, 12, "MM");	//2行12列显示单位MM
	}
	else if(MM_ditance < 100)
	{
	    OLED_ShowNum(2,10,MM_ditance,2);	
		OLED_ShowString(2, 13, "MM");	//2行13列显示单位MM		
	}
	else if(MM_ditance < 1000)
	{
	    OLED_ShowNum(2,10,MM_ditance,3);	
		OLED_ShowString(2, 14, "MM");	//2行14列显示单位MM		
	}	
}

6.变量定义如下（示例）：

/* Defines ------------------------------------------------------------------*/
#define HCSR04_GPIO_RCC    RCC_APB2Periph_GPIOB
#define HCSR04_GPIO_Port   GPIOB
#define Trig_Pin           GPIO_Pin_12
#define Echo_Pin           GPIO_Pin_13//根据实际的引脚修改

#define HCSR04_TIM                TIM1
#define HCSR04_TIM_CLK_ENABLE  	  RCC_APB2Periph_TIM1
#define PERIOD_COUNT              10
#define PRESCALER_COUNT           72
#define HCSR04_TIM_IRQn			  TIM1_UP_IRQn
#define HCSR04_TIM_IRQHandler     TIM1_UP_IRQHandler

#define Overtime                  3800//38ms

uint8_t ditance_flag = 0;//开始测量标志
uint32_t ditance_count = 0;//测量计数 10us/次
uint16_t MM_ditance = 0;//输出测量距离 单位毫米

7.显示结果如下（示例）：

图片

本来想录像的，但是一直录不好，有兴趣的自己测试下把。

串口打印

截取部分，测试内容：我是拿一个黑色本子立起来从近距离到远距离。

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三、总结

超声波测距模块使用起来比较简单，但是发现环境条件对测量结果也存在一定影响，温度湿度我也没考虑进去，多次测量取平均值我也没用，还是存在诸多问题的，后面有时间在改进下，感谢你的观看，谢谢！