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STM32F103C8T6与HC-SR04超声波测距模块集成应用详解

引言

       在嵌入式系统开发中，距离测量是一个常见的需求，而HC-SR04超声波测距模块因其简单易用和成本低廉而广受欢迎。本文将结合两篇优秀的博客文章，详细介绍如何使用STM32F103C8T6微控制器与HC-SR04模块结合进行距离测量，并展示如何通过LED灯或OLED屏幕显示测量结果。

硬件准备

  • STM32F103C8T6开发板
  • HC-SR04超声波测距模块
  • LED灯或OLED屏幕（用于显示结果）
  • 杜邦线若干
  • 烧录器（如ST-Link）

    • 软件环境

  • 开发工具：Keil MDK
  • 配置工具：STM32CubeMX
  • 串口助手或OLED显示库（可选）

    • HC-SR04超声波测距模块

           HC-SR04是一款能够提供2cm至400cm范围内精度为3mm的超声波测距模块。它通过发送超声波脉冲并接收回波来测量距离。工作原理是模块发出至少10us的高电平信号后，自动发送8个40kHz的方波并检测回波信号。回波信号的高电平持续时间即为超声波往返时间，通过公式计算出实际距离。

    STM32CubeMX配置

    1. 芯片选择：选择STM32F103C8T6微控制器。

    2.时钟配置：配置RCC、SYS和时钟树以确保系统稳定运行。

     

     

     

    3.GPIO配置：将HC-SR04的Trig和Echo引脚分别连接到STM32的GPIO，并配置相应的模式。

    4.串口配置（如果使用串口助手）：配置串口用于调试输出。

    5.定时器配置：配置定时器并开启中断，用于测量超声波往返时间。

    程序编写

    主要思路

    1. 初始化：初始化GPIO、定时器、串口或OLED等外设。
    2. 测距逻辑：发送10us以上的高电平信号至Trig引脚启动测距，然后在Echo引脚等待高电平输出，记录高电平持续时间。
    3. 距离计算：根据高电平时间计算距离，公式为：距离（cm）=高电平时间（us）×3402×10000距离（cm）=2×10000高电平时间（us）×340​。

    代码实现

  • 主函数：设置系统时钟，初始化外设，进入主循环。
    • /* USER CODE BEGIN Header */
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * <h2><center>&copy; Copyright (c) 2022 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.</center></h2>
  *
  * This software component is licensed by ST under BSD 3-Clause license,
  * the "License"; You may not use this file except in compliance with the
  * License. You may obtain a copy of the License at:
  *                        opensource.org/licenses/BSD-3-Clause
  *
  ******************************************************************************
  */
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "tim.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "SR04.h"
#include "led.h"
/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_TIM2_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
      
      float distance = SR04_GetData();
      //HAL_Delay(1500);
      
    /* USER CODE END WHILE */

	  // 根据距离计算闪烁频率
      uint32_t flashRate = CalculateFlashRate(distance);
        
      LED_Flash(flashRate); // 闪烁LED
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/* USER CODE BEGIN 4 */

/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  __disable_irq();
  while (1)
  {
  }
  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */
  • 定时器中断：在Echo检测到高电平时开始计时，检测到低电平时停止计时并计算时间差。
    • #ifndef __SR04_H
#define __SR04_H
#include "main.h"
#include "tim.h"
#include "stdio.h"

#define TRIG_H  HAL_GPIO_WritePin(Trig_GPIO_Port,Trig_Pin,GPIO_PIN_SET)
#define TRIG_L  HAL_GPIO_WritePin(Trig_GPIO_Port,Trig_Pin,GPIO_PIN_RESET)

void delay_us(uint32_t us);
float SR04_GetData(void);

#endif



  • #include "SR04.h"
#include "stm32f1xx_hal.h" 

float distant;      //测量距离
uint32_t measure_Buf[3] = {0};   //存放定时器计数值的数组
uint8_t  measure_Cnt = 0;    //状态标志位
uint32_t high_time;   //超声波模块返回的高电平时间


//===============================================读取距离
float SR04_GetData(void)
{
    switch (measure_Cnt)
    {
        case 0:
            TRIG_H;
            delay_us(30);
            TRIG_L;
            measure_Cnt++;
            __HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim2, TIM_CHANNEL_1, TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING);
            HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_1); // 启动输入捕获
            break;
        case 3:
            high_time = measure_Buf[1] - measure_Buf[0]; // 高电平时间
            printf("\r\n----高电平时间-%d-us----\r\n", high_time);
            float distance = (high_time * 0.034f) / 2; // 单位cm
            printf("\r\n-检测距离为-%.2f-cm-\r\n", distance);
            measure_Cnt = 0; // 清空标志位
            TIM2->CNT = 0; // 清空计时器计数
            // 返回计算得到的距离值
            return distance;
    }
    return 0; // 如果没有测量完成，返回0或合适的默认值
}


//===============================================us延时函数
    void delay_us(uint32_t us)//主频72M
{
    uint32_t delay = (HAL_RCC_GetHCLKFreq() / 4000000 * us);
    while (delay--)
	{
		;
	}
}

//===============================================中断回调函数
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)//
{
	
	if(TIM2 == htim->Instance)// 判断触发的中断的定时器为TIM2
	{
		switch(measure_Cnt){
			case 1:
				measure_Buf[0] = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim2,TIM_CHANNEL_1);//获取当前的捕获值.
				__HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim2,TIM_CHANNEL_1,TIM_ICPOLARITY_FALLING);  //设置为下降沿捕获
				measure_Cnt++;                                            
				break;              
			case 2:
				measure_Buf[1] = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim2,TIM_CHANNEL_1);//获取当前的捕获值.
				HAL_TIM_IC_Stop_IT(&htim2,TIM_CHANNEL_1); //停止捕获   或者: __HAL_TIM_DISABLE(&htim5);
				measure_Cnt++;  
                         
		}
	
	}
	
}
  • 外部中断：可选，用于更精细的控制测距过程。

    • 显示结果

  • LED灯：通过改变LED闪烁频率来反映距离变化。
  • OLED屏幕：显示实时测量的距离数值。

    • 结论

           本文介绍了STM32F103C8T6与HC-SR04超声波测距模块的结合使用，通过CubeMX的图形化配置和Keil MDK的开发环境，简化了开发流程并提高了开发效率。同时，通过实际代码示例，展示了如何实现超声波测距并展示结果。

    引用

    STM32F103C8T6 & HC-SR04超声波模块——超声波障碍物测距（HAl库）_stm32f103c8t6与hcsr04超声波-CSDN博客 https://www.cnblogs.com/soliang/p/17870635.html

    作者：2401_83651138

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