2.10 SR04 超声波测距传感器

2.10.1 模块来源

采购链接： HC-SR04 超声波测距模块 宽电压 3-5.5V 工业级 传感器 资料下载链接： https://pan.baidu.com/s/1sSah9PvLBrmbA7So-6YcSw 资料提取码：qq35

2.10.2 规格参数

工作电压： 5-5.5V

工作电流： 5.3MA

感应角度： 小于 15 度

探测距离： 2CM-600CM

探测精度： 0.1CM+1%

输出方式: GPIO

管脚数量： 4 Pin

2.10.3 移植过程

我们的目标是在梁山派 GD32F470 上能够判断前方障碍物距离的功能。首先要获取资料，查看数据手册应如何实现，再移植至我们的工程。

2.10.3.1 查看资料

只需要在 Trig 管脚（触发信号）输入一个 10US 以上的高电平，系统便可发出 8 个 40KHZ 的超声波脉冲，然后检测回波信号。当检测到回波信号后，通过 Echo 管脚输出。根据 Echo 管脚输出高电平的持续时间可以计算距离值。即距离值为：(高电平时间*340m/s)/2。

当测量距离超过 HC-SR04 的测量范围时，仍会通过 Echo 管脚输出高电平的信号，高电平的宽度约为 66ms。如图 6 所示：

测量周期：当接收到 HC-SR04 通过 Echo 管脚输出的高电平脉冲后，便可进行下一次测量，所以测量周期取决于测量距离，当距离被测物体很近时，Echo 返回的脉冲宽度较窄，测量周期 就很短；当距离被测物体比较远时，Echo 返回的脉冲宽度较宽，测量周期也就相应的变长。最坏情况下，被测物体超出超声波模块的测量范围，此时 返回的脉冲宽度最长，约为 66ms，所以最坏情况下的测量周期稍大于 66ms 即可（取 70ms 足够）。

2.10.3.2 引脚选择

实测模块的电源必须是 5V！

2.10.3.3 移植至工程

移植步骤中的导入.c 和.h 文件与上一节相同，只是将.c 和.h 文件更改为 bsp_ultrasonic.c 与 bsp_ultrasonic.h。见 2.2.3.3 移植至工程。这里不再过多讲述。移植完成后面修改相关代码。

在文件 bsp_ultrasonic.c 中，编写如下代码。

/********************************************************************************
  * 文 件 名: bsp_ultrasonic.c
  * 版 本 号: 初版
  * 修改作者: LC
  * 修改日期: 2023年04月17日
  * 功能介绍:
  ******************************************************************************
  * 注意事项:
*********************************************************************************/

#include "bsp_ultrasonic.h"
#include "systick.h"


unsigned char msHcCount = 0;//ms计数
float distance = 0;

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：bsp_ultrasonic
 * 函 数 说 明：超声波初始化
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：TRIG引脚负责发送超声波脉冲串
******************************************************************/
void Ultrasonic_Init(void)
{
        // 定义定时器结构体
        timer_parameter_struct timer_initpara;

        rcu_periph_clock_enable(RCU_TRIG);
    rcu_periph_clock_enable(RCU_ECHO);

        //设置TRIG引脚模式为推挽输出
        gpio_mode_set(PORT_TRIG, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_TRIG);
        //设置引脚为推挽模式，翻转速度50MHz
        gpio_output_options_set(PORT_TRIG, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_TRIG);
        //设置引脚输出低电平
        gpio_bit_write(PORT_TRIG, GPIO_TRIG, RESET);


        //设置echo引脚模式为浮空输入
        gpio_mode_set(PORT_ECHO, GPIO_MODE_INPUT, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_ECHO);
        //设置引脚输出低电平
        gpio_bit_write(PORT_ECHO, GPIO_ECHO, RESET);

        /* 开启时钟 */
        rcu_periph_clock_enable(RCU_TIMER5);
        /*        将定时器时钟的频率4倍频为200MHz        */
        rcu_timer_clock_prescaler_config(RCU_TIMER_PSC_MUL4);
        // 复位定时器
        timer_deinit(TIMER5);
        timer_initpara.period                                         = 1000-1;//定时1ms
        timer_initpara.prescaler                                 = 200-1;
        timer_initpara.clockdivision                 = TIMER_CKDIV_DIV1;     // 分频因子
        timer_initpara.alignedmode                         = TIMER_COUNTER_EDGE;         // 边缘对齐
        timer_initpara.counterdirection = TIMER_COUNTER_UP;                        // 向上计数

        /* 在输入捕获的时候使用 数字滤波器使用的采样频率之间的分频比例 */
        timer_initpara.clockdivision = TIMER_CKDIV_DIV1; // 分频因子
        /* 只有高级定时器才有 配置为 x，就重复 x+1 次进入中断 */
        timer_initpara.repetitioncounter = 0; // 重复计数器 0-255
        timer_init(TIMER5,&timer_initpara);         // 初始化定时器
        /* 配置中断优先级 */
        nvic_irq_enable(TIMER5_DAC_IRQn,1,1); // 设置中断优先级为 1,1 断
        /* 使能中断 */
        timer_interrupt_enable(TIMER5,TIMER_INT_UP); // 使能更新事件中断
        /* 使能定时器 */
        timer_enable(TIMER5);
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：TIMER5_DAC_IRQHandler
 * 函 数 说 明：定时器5的中断服务函数
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：1ms中断一次
******************************************************************/
void TIMER5_DAC_IRQHandler(void)
{
        static int i = 0;
        if( timer_interrupt_flag_get(TIMER5, TIMER_INT_UP) != RESET )
        {
                msHcCount++;
                timer_interrupt_flag_clear(TIMER5,TIMER_INT_UP);
        }
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：OpenTimer
 * 函 数 说 明：打开定时器
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
static void OpenTimer(void) //
{
  /*清除计数器*/
        timer_counter_value_config(TIMER5,0);
        msHcCount = 0;
        timer_enable(TIMER5);//使能定时器
}
 /******************************************************************
  * 函 数 名 称：CloseTimer
  * 函 数 说 明：关闭定时器
  * 函 数 形 参：无
  * 函 数 返 回：无
  * 作       者：LC
  * 备       注：无
 ******************************************************************/
static void CloseTimer(void)
{
  /*关闭计数器使能*/
        timer_disable(TIMER5);
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：GetEchoTimer
 * 函 数 说 明：获取定时器时间
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：返回获取到的时间
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
unsigned int GetEchoTimer(void)
{
   unsigned int time = 0;
        /*//当回响信号很长是，计数值溢出后重复计数，overCount用中断来保存溢出次数*/
        time = msHcCount*1000;//overCount每++一次，代表overCount毫秒，time微妙
        time += timer_counter_read(TIMER5);//获取计TIM5数寄存器中的计数值，一边计算回响信号时间
        timer_counter_value_config(TIMER5,0);//将TIM2计数寄存器的计数值清零
        delay_1ms(10);
        return time;
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：Hcsr04GetLength
 * 函 数 说 明：获取测量距离
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：测量距离
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
float Hcsr04GetLength(void)
{
        /*测5次数据计算一次平均值*/
        float length = 0;
        float t = 0;
        float sum = 0;
        unsigned int  i = 0;
        while(i != 5){
                        gpio_bit_write(PORT_TRIG, GPIO_TRIG, SET);//trig拉高信号，发出高电平

                delay_1us(20);//持续时间超过10us
                gpio_bit_write(PORT_TRIG, GPIO_TRIG, RESET);//trig拉低信号，发出低电平
                /*Echo发出信号 等待回响信号*/
                /*输入方波后，模块会自动发射8个40KHz的声波，与此同时回波引脚（echo）端的电平会由0变为1；
                （此时应该启动定时器计时）；当超声波返回被模块接收到时，回波引 脚端的电平会由1变为0；
                （此时应该停止定时器计数），定时器记下的这个时间即为
                        超声波由发射到返回的总时长；*/

                while(gpio_input_bit_get(PORT_ECHO, GPIO_ECHO) == 0);//echo等待回响
                /*开启定时器*/
                OpenTimer();
                i = i+1; //每收到一次回响信号+1，收到5次就计算均值
                while(gpio_input_bit_get(PORT_ECHO, GPIO_ECHO) == 1);
                /*关闭定时器*/
                CloseTimer();
                /*获取Echo高电平时间时间*/
                t = GetEchoTimer();
                length = (float)t/58;//单位时cm
                sum += length;
        }
        length = sum/5;//五次平均值
        distance = length;
        return length;
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：Get_distance
 * 函 数 说 明：返回测量后的距离；必须先采集有超声波数据
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：上一次测量过的距离
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
float Get_distance(void)
{
        return distance;
}

在文件 bsp_ultrasonic.h 中，编写如下代码。

#ifndef _BSP_ULTRASONIC_H_
#define _BSP_ULTRASONIC_H_

#include "gd32f4xx.h"

#define RCU_TRIG RCU_GPIOC
#define PORT_TRIG GPIOC
#define GPIO_TRIG GPIO_PIN_10

#define RCU_ECHO RCU_GPIOC
#define PORT_ECHO GPIOC
#define GPIO_ECHO GPIO_PIN_11

void Ultrasonic_Init(void);//超声波初始化
float Hcsr04GetLength(void );//获取超声波测距的距离
float Get_distance(void);//获取上一次测距的距离

#endif

2.4.4 移植验证

在自己工程中的 main 主函数中，编写如下。

/********************************************************************************
  * 文 件 名: main.c
  * 版 本 号: 初版
  * 修改作者: LC
  * 修改日期: 2023年04月06日
  * 功能介绍:
  ******************************************************************************
  * 注意事项:
*********************************************************************************/


#include "gd32f4xx.h"
#include "systick.h"
#include "bsp_usart.h"
#include "stdio.h"
#include "bsp_ultrasonic.h"

int main(void)
{
    nvic_priority_group_set(NVIC_PRIGROUP_PRE2_SUB2);  // 优先级分组
        systick_config();                //滴答定时器初始化 1ms

    usart_gpio_config(115200U);
    Ultrasonic_Init();
    printf("start\r\n");

    while(1)
    {
        printf("distance = %.2f\r\n",Hcsr04GetLength() );
        delay_1ms(1000);
    }
}

移植现象：距离 20CM 处摆放障碍物，输出换算后的实际距离。

移植成功示例，见文件 2.4.4-1 。

文件 2.4.4-1 移植成功示例