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【Timer】超声波测距

下载例程代码： 下载代码 如何使用例程【点击查看教程】

HC-SR04 超声波模块简介​

HC-SR04 工作原理​

模块有2个超声波换能器（如图所示），一个发出声波，另一个接收物体反射回来的声波，这中间所经过的时间即声波传播的时间，再结合声速就能计算出：

  • 距离 = 声速 * 时间 ÷ 2
超声波模块

如何使用HC-SR04模块​

模块具有4个引脚，除了电源外，有TRIG、ECHO两个引脚需要操作：

  • 首先，向TRIG引脚发送一个高电平脉冲，来触发模块输出声波

  • 记录ECHO引脚输出高电平的时间，即声波的飞行时间

  • 距离 = 声速(340m/s) * 声波的飞行时间 ÷ 2

模块使用方法

更多资料请查看资料包 -> 配套模块资料 -> 超声波测距HC-SR04-P

如何使用例程​

下载程序，并连接硬件，即可看到效果

硬件连接​

  • 使用配套TYPE-C数据线，将学习板连接到计算机
连接usb线

  • 需要使用：4P杜邦线、超声波模块

  • 连接模块时请核对好线序：

循迹模块学习板
VCCVCC
TRIGA11
ECHOA10
GNDGND
模块接线

程序效果​

  • 打开 波特律动 串口助手 (baud-dance.com) 在线串口调试助手，点击“选择串口”，选择USB Single Serial

  • 将超声波模块对准一个平面（量程 2 - 400 cm），可以在串口助手看到测距结果

串口输出信息

例程讲解​

下面介绍了如何自己实现该例程的功能

1、工程配置​

  • 开启外部晶振：在Pinout&Configuration -> System Core -> RCC 页面，将 High Speed Clock (HSE) 配置为 Crystal/Ceramic Resonator
配置时钟源
  • 配置时钟频率：在Clock Configuration 页面，将PLL Source 选择为 HSE，将System Clock Mux 选择为 PLLCLK，然后在HCLK (MHz) 输入72并回车，将HCLK频率配置为 72 MHz
时钟配置

  • 分配引脚：在Pinout&Configuration页面，将PA11、PA10分别配置为GPIO_Output、TIM1_CH3，并将PA11命名为TRIG

  • 配置TIM1：在Pinout&Configuration -> Timers -> TIM1

    • Mode -> Clock Source 设为 Internal Clock，Channel3 设为 Input Capture direct mode，即输入捕获

    • Configuration -> Parameter Settings -> Counter Settings -> Prescaler 设为 72-1，使定时器计数周期刚好为 1 us

    • （可选）开启输入滤波，以提高稳定性：Configuration -> Parameter Settings -> Input Capture Channel 3 -> Input Filter，填写范围0 - 15，数值越大，滤波效果越强

    • Configuration -> NVIC Settings -> 勾选TIM1 capture compare interrupt，开启捕获中断

TIM1配置

  • 打开串口2外设：Pinout&Configuration -> Connectivity -> USART2，将Mode选择为Asynchronous

  • 启用float打印：在cubeIDE菜单栏中，Project Properties -> C/C++ Build -> Settings -> Tool Settings -> MCU Settings，勾选Use float with printf ... -nano

默认情况下，sprintf函数不能打印小数。因此我们需要配置一下编译器，使其能够打印小数

2、代码​

  • 引用头文件

    • 因为需要打印输出变量，所以应该引用几个头文件：
    #include "stdio.h"
    #include "string.h"

  • 触发测量

    • 将TRIG引脚拉高至少10us后拉低，触发测量
    // 触发
    HAL_GPIO_WritePin(TRIG_GPIO_Port, TRIG_Pin, 1);
    HAL_Delay(5);
    HAL_GPIO_WritePin(TRIG_GPIO_Port, TRIG_Pin, 0);

  • 打开脉冲捕获

    • 先清零变量
    • __HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY 配置为上升沿捕获
    • HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim1, TIM_CHANNEL_3) 开始捕获
    // 清零
    rising_cnt = 0;
    falling_cnt = 0;
    echo_flag = 0;
    __HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim1, 0);
    // 开始捕获
    __HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim1, TIM_CHANNEL_3, TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING);
    HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim1, TIM_CHANNEL_3);

  • 重定义输入捕获中断函数

    • 捕获到边沿时，Timer会自动记录当前的计数值，通过__HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY函数即可获取

    • 捕获到上升沿时，立即配置成下降沿捕获，以捕获下降沿

    • 将上升沿、下降沿的值分别保存到变量rising_cnt、falling_cnt

    void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
    {
      if (htim == &htim1 && htim->Channel == HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_3)
      {
        // 捕获到上升沿
        if (!echo_flag)
        {
          rising_cnt = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_3);
          echo_flag = 1;
          __HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(htim, TIM_CHANNEL_3, TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_FALLING);
        }
        // 捕获到下降沿
        else
        {
          falling_cnt = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_3);
          echo_flag = 0;
          __HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(htim, TIM_CHANNEL_3, TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING);
        }
      }
    }

  • 计算距离

    • 当rising_cnt、falling_cnt都捕获完成时，计算距离，并通过串口发送结果
    if (rising_cnt != 0 && falling_cnt != 0)
    {
        // 计算距离
        // 定时器每1us计数1次，因此 距离=计数*0.34/2（毫米）
        float distance = (falling_cnt - rising_cnt) * 0.017;
        // 发送到串口
        char buf[32];
        sprintf(buf, "Distance: %.2f cm\r\n", distance);
        HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t *)buf, strlen(buf), 1000);
        break;
    }