代码收藏家技术教程 2024-03-01

STM32智能循迹避障小车（2）：实现避障功能的方法

一.硬件的选择与连接（增加模块，具体模块请看上篇）

1.HC_SR04超声波测距模块

二.原理介绍

1.超声波测距原理

超声波发射器向外发射超声波信号，同时定时器开始计时，超声波在空气中传播时若遇到障碍物就立即被反射回来，超声波接受器在收到反射波后立即停止定时器；超声波在空气中的传播速度约为340m/s，若定时器记录的时间为t(s)，那么超声波传感器距离障碍的距离为s = 340 * t / 2；如下图：

2.超声波传感器原理

超声波传感器共有四个引脚Vcc，GND，Trig，Echo，其中Vcc和GND为供电引脚，模块工作时向Trig引脚发送一个持续10us以上的高电平行信号，超声波模块就对外发出8个40KHZ的超声波信号，发送完成后Echo引脚自动变为高电平，若超声波模块接收到被反射回来的回波信号Echo引脚又会自动变为低电平，即Echo引脚上高电平的持续时间即为超声波在空气中传播的时间。

3.程序实现

超声波测距：看完程序后我们总会对距离的表达方式会有疑问：所以首先先对以下两种距离表达进行分析。

第一种情况：

return (Time.us*340)/200.0;

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。由于定时器定时设置的最小时长为100us（所以Time.us具体对应100*Time.us微秒），又因为距离为往返距离，所以需要除以2。

(Time.us*340)/200.0 = (Time.us*100*34000)/1000000/2（cm）

第二种情况：

(Time.us*100)/58;

对于测试距离的解释：（即为什么us/58 =厘米）

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1厘米的距离。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倍的距离呀。所以实际距离就是1厘米，对应58.3微秒。所以换成距离cm，要除58。当然除以58.3可能更精确。

由于定时器定时设置的最小时长为100us（所以Time.us具体对应100*Time.us微秒）。

1.超声波测距模块

hc_sr04.h

#ifndef __HC_SR04_H
#define __HC_SR04_H
#include "sys.h"

#define Trig PBout(0)// PB0
#define Echo GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_1)//读取Echo,PB1

void HC_Init(void);
float HC_Run(void);

#endif

hc_sr04.c

#include "hc_sr04.h"
#include "delay.h"
#include "timer.h"
void HC_Init(void)
{
	GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);	 //使能PB端口时钟
	
	/*Trig端口配置*/
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;				 //PB.0 端口配置
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 		 //推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;		 //IO口速度为50MHz
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);					 //根据设定参数初始化GPIOB.0

	/*Echo端口配置*/
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;				//PB.1端口配置
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; 		 	//设置成上拉输入
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);					//根据设定参数初始化GPIOB.1
	
	Trig = 0;			//初始化发射端为0

}
/*超声波测距运行主函数
原理：超声波模块发射端发送一个10us以上的脉冲，
发射脉冲后超声波模块会循环发射8个40KHz的脉冲信号，
接收端接收到超声波脉冲后会变为高电平，检测高电平时间就可以算出距离
*/
 float HC_Run(void)
{
	Trig = 1;
	delay_us(15);
	Trig = 0;
	
	while(Echo == 0);
	TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);  //使能TIMx
	while(Echo == 1);
	TIM_Cmd(TIM3, DISABLE);		//失能
	return (Time.us*340)/200.0;
}

2.定时器计时模块

timer.h

#ifndef __TIMER_H
#define __TIMER_H

#include "sys.h"
 
//本程序只供学习使用，未经作者许可，不得用于其它任何用途
//定时器 驱动代码	   
//正点原子@ALIENTEK
//技术论坛:www.openedv.com

//时间参数
typedef struct
{
	unsigned int us;
	unsigned int ms;
	unsigned int s;
	unsigned int min;
}Times;
extern Times Time;

void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc);

#endif

timer.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

#include "timer.h"
	 
//本程序只供学习使用，未经作者许可，不得用于其它任何用途
//定时器 驱动代码	   
//正点原子@ALIENTEK
//技术论坛:www.openedv.co  
 
Times Time;			//定义时间结构体

//通用定时器3中断初始化
//这里时钟选择为APB1的2倍，而APB1为36M
//arr：自动重装值。
//psc：时钟预分频数
//这里使用的是定时器3!
void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc)
{
   TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); //时钟使能
	
	//定时器TIM3初始化
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //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	
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =	psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
	TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根据指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
 
	TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE ); //使能指定的TIM3中断,允许更新中断

	//中断优先级NVIC设置
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;  //TIM3中断
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;  //先占优先级0级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;  //从优先级3级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  //初始化NVIC寄存器
	
	TIM_Cmd(TIM3, DISABLE);		//失能

	/*时间参数初始化*/
	Time.us = 0;
	Time.ms = 0;
	Time.s = 0;
	Time.min = 0;
}
//定时器3中断服务程序
void TIM3_IRQHandler(void)   //TIM3中断,100us进一次中断
{
	if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET)  //检查TIM3更新中断发生与否
		{
			TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update  );  //清除TIMx更新中断标志
			Time.us++;
		}
}

避障功能即在测距功能基础上实现，如当超声波测距小于设定值时，再调用小车运动函数来进行合理避障。

本文只是自己在所做stm32循迹避障小车时的体会与笔记，所学浅薄，如有不对，还望指正。