玩转X-CTR100 l STM32F4 l HC-SR04超声波测距

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超声波测距模块HC-SR04可以测量2cm~400cm的距离，本文使用X-CTR100控制器定时器进行超声波距离测量。

原理

HC-SR04超声波测距模块可提供 2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到 3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。

基本工作原理：

(1)采用IO 口TRIG 触发测距，给最少10us 的高电平信呈。

(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 口ECHO 输出一个高电平，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;

如下图接线，VCC 供5V电源， GND 为地线，TRIG 触发控制信号输入，ECHO 回响信号输出等四个接口端。

超声波时序图

以上时序图表明你只需要提供一个10uS 以上脉冲触发信号，该模块内部将发出8 个40kHz 周期电平并检测回波。一旦检测到有回波信号则输出回响信号。

回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比。由此通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距离。

公式：uS/58=厘米或者uS/148=英寸；或是：距离=高电平时间*声速（340M/S）/2；建议测量周期为60ms 以上，以防止发射信号对回响信号的影响。

1、此模块不宜带电连接，若要带电连接，则先让模块的 GND端先连接，否则会影响模块的正常工作。

2、测距时，被测物体的面积不少于 0.5平方米且平面尽量要求平整，否则影响测量的结果。

例程

本例程实现X-CTR100控制器测量超声波距离，并通过串口显示。

硬件说明

硬件资源：

• 串口UART1
• LH接口（作为普通IO使用）
• HC-SR04超声波测距模块（需自备）
  

硬件连接：

超声波模块连接LH接口，需要4根杜邦线，连接如下。

GND——GND

VCC——5V（红色），

Trig——D0

Echo——D1

软件生态

X-SOFT软件生态，X-API扩展文件如下。

ax_sr04.c——HC-SR04超声波测距源文件

ax_sr04.h——HC-SR04超声波测距头文件

测量方式采用边沿中断触发，Echo上升沿启动定时器，下降沿获取定时器值作为测量值，代码如下。

void EXTI1_IRQHandler(void)

{

    //确认是否产生了EXTI Line中断

if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line1) != RESET)

    {

if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOD, GPIO_Pin_1) != 0) // 高电平回波

        {

TIM_Cmd(TIM7, ENABLE);

}

        else

        {

TIM_Cmd(TIM7, DISABLE);

sr04_measurement = TIM_GetCounter(TIM7);

TIM_SetCounter(TIM7, 0);

}

}

    //清除中断标志位

EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line1);    

}

定时器周期为1us，sr04_measurement为测量时间值，与距离正比，通过多次实际测量值求得系数。

距离 = sr04_measurement*0.173-4.51 ，模型一次函数，多次实际测量后求得系数，经过实测，测量结果准确。

接口函数

void AX_SR04_Init(void); //SR04超声波测距初始化

void AX_SR04_StartRanging(void); //SR04启动测量

uint32_t AX_SR04_GetDistance(void);    //SR04获取距离值

软件说明

每隔500ms测量一次，循环测量，结果通过串口显示，主程序如下。

int main(void)

{    

    uint32_t temp;     

    

    //X-CTR100初始化

    AX_Init(115200);

    printf("***X-CTR100 SR04超声波测距例程***\r\n\r\n");    

    

    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置中断优先级分组

    

    //SR04初始化

    AX_SR04_Init();

    

    while (1)

    {

        //启动测量

        AX_SR04_StartRanging();

        AX_Delayms(500);

        

        //获取距离值

temp = AX_SR04_GetDistance();

        printf("当前距离：%d MM \r\n", temp);

    }

}

实现效果

测量结果显示如下，与实际距离对比，误差小于1CM。当然超声波的传播速度与温度有关系，如需获得更准确距离，需要进行温度补偿，尤其是远距离测距。