2.18 US-016 电压式超声波测距传感器

US-016 是市场上唯有的一款模拟量输出的超声波测距模块，输出的模拟电压和距离值成正比，可以方便的和其他系统相连，US-016 工作稳定可靠。

US-016 超声波测距模块可实现 2cm~3m 的非接触测距功能，供电电压为 5V，工作电流为 3.8mA，支持模拟电压输出，工作稳定可靠。本模块根据不同应用场景可设置成不同的量程（大测量距离分别为 1m 和 3m）；当 Range 管脚悬空时，量程为 3m。US-016 能将测量距离转化为模拟电压输出，输出电压值与测量距离成正比。

2.18.1 模块来源

采购链接： US-016 模拟电压输出 双量程 模拟量 超声波测距模块 高精度 资料下载链接： http://pan.baidu.com/s/1c08JuBQ

**图 2.18.1-1 产品实物展示**

2.18.2 规格参数

**工作电压：**3.3V-5V **工作电流：**3.8MA **感应角度：**小于 15 度 **探测距离：**2CM-300CM **探测精度：**0.3CM+1% 输出方式: 模拟电压 **管脚数量：**4 Pin 文件 2.18.2-1 产品规格书

2.18.3 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。

2.18.3.1 查看资料

模块上电后，系统首先判断 Range 引脚的输入电平，根据输入电平状态来设置不同的量程。当 Range 引脚为高电平时，量程为 3m，当 Range 管脚为低电平时，量程为 1m。然后，系统开始连续测距，同时将测距结果通过模拟电压在 Out 管脚输出。当距离变化时，模拟电压也会随之进行变化。模拟电压与测量距离成正比，模拟电压的输出范围是 0~Vcc。

• 当系统量程为 1m 时，测量距离为：L = 1024*Vout/Vcc（mm）。当输出电压为 0V 对应距离为 0m，输出 Vcc 对应为 1.024m。
• 当系统量程为 3m 时，测量距离为：L = 3096*Vout/Vcc（mm）。 当输出电压为 0V 对应距离为 0m，输出 Vcc 对应为 3.072m。

2.18.3.2 引脚选择

######### 超声波模块	######### 立创·梁山派	######### 接线图

| range | 浮空 | | | out | PC1 | | | GND | GND | | | **表 2.18.3.2 各引脚连接** | | |

2.18.3.3 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_US016.c 与 bsp_US016.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_US016.c 中，编写如下代码。

/********************************************************************************
  * 文 件 名: bsp_US016.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 "bsp_US016.h"
#include "systick.h"
#include "bsp_usart.h"
#include "stdio.h"


//超声波量程 Range接地量程为1  Range接VCC量程为3  浮空量程为3
//测试时，Range浮空，故量程为3


#define RANGE   0       //=0则量程为3米  =1则量程为1米

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：US016_GPIO_Init
 * 函 数 说 明：US016超声波模块引脚初始化
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：
******************************************************************/
void US016_GPIO_Init(void)
{
    /* 开启时钟 */
    rcu_periph_clock_enable(RCU_OUT);
    /* 使能ADC时钟 */
    rcu_periph_clock_enable(RCU_OUT_ADC);


        /*        配置AO为浮空模拟输入模式        */
    gpio_mode_set(PORT_OUT, GPIO_MODE_ANALOG, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_OUT);

    /*        配置ADC为独立模式        */
    adc_sync_mode_config(ADC_SYNC_MODE_INDEPENDENT);
    /*        使能连续转换模式        */
    adc_special_function_config(PORT_OUT_ADC, ADC_CONTINUOUS_MODE, ENABLE);
    /*        使能扫描模式        */
    adc_special_function_config(PORT_OUT_ADC, ADC_SCAN_MODE, ENABLE);
    /*        数据右对齐        */
    adc_data_alignment_config(PORT_OUT_ADC, ADC_DATAALIGN_RIGHT);
    /*        ADC0设置为规则组  一共使用 CHANNEL_NUM 个通道                */
    adc_channel_length_config(PORT_OUT_ADC, ADC_REGULAR_CHANNEL, CHANNEL_NUM);
    /*        ADC规则通道配置：ADC0的通道CHANNEL_ADC的扫描顺序为0；采样时间：15个周期                */
        /*        DMA开启之后 gt_adc_val[x][0] = PC1的数据   */
    adc_regular_channel_config(PORT_OUT_ADC, 0, CHANNEL_OUT_ADC, ADC_SAMPLETIME_15);
        /*        ADC0设置为12位分辨率                */
        adc_resolution_config(PORT_OUT_ADC, ADC_RESOLUTION_12B);
        /*        ADC外部触发禁用, 即只能使用软件触发                */
    adc_external_trigger_config(PORT_OUT_ADC, ADC_REGULAR_CHANNEL, EXTERNAL_TRIGGER_DISABLE);
    /*        ADC0使能 */
    adc_enable(PORT_OUT_ADC);
        /*        等待ADC稳定                */
        delay_1ms(1);
        /*        开启ADC自校准                */
    adc_calibration_enable(PORT_OUT_ADC);
        /*        开启软件触发ADC转换                */
        adc_software_trigger_enable(PORT_OUT_ADC, ADC_REGULAR_CHANNEL);
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：Get_ADC_Value
 * 函 数 说 明：对ADC值进行平均值计算后输出
 * 函 数 形 参：num采集次数
 * 函 数 返 回：对应扫描的ADC值
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
unsigned int Get_ADC_Value(unsigned int num)
{
        unsigned int Data=0;
    int i = 0;
    for( i = 0; i < num; i++ )
    {
        /*        读取ADC常规组数据寄存器  */
        Data += adc_regular_data_read(ADC0);
        delay_1ms(1);
    }
    Data = Data/num;

        return Data;
}
/******************************************************************
 * 函 数 名 称：Get_distance
 * 函 数 说 明：读取测距距离
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：浮点型的测距的距离
 * 作       者：LC
 * 备       注：
量程为3米时距离公式为：L = (A*3072/4096)*（Vref/Vcc）
量程为1米时距离公式为：L = (A*1024/4096)*（Vref/Vcc）
                      Vref 为 ADC 的参考电压，Vcc 为 US-016 的电源电压
******************************************************************/
float Get_distance(void)
{
    float distance = 0;
    unsigned int d = Get_ADC_Value(30);
    #if !RANGE
        distance = d * 0.75;
    #else
        distance = d * 0.25;
    #endif
    return distance;
}

在文件 bsp_US016.h 中，编写如下代码。

#ifndef _BSP_US016_H_
#define _BSP_US016_H_

#include "gd32f4xx.h"


#define RCU_OUT           RCU_GPIOC
#define PORT_OUT           GPIOC
#define GPIO_OUT           GPIO_PIN_1

#define RCU_OUT_ADC          RCU_ADC0
#define PORT_OUT_ADC         ADC0
#define CHANNEL_OUT_ADC      ADC_CHANNEL_11


//采样通道数
#define CHANNEL_NUM     1


void US016_GPIO_Init(void);
float Get_distance(void);
#endif

2.18.4 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: 2022年04月19日
  * 功能介绍:
  ******************************************************************************
  * 开发板官网：www.lckfb.com
*********************************************************************************/

#include "gd32f4xx.h"
#include "systick.h"
#include "bsp_usart.h"
#include "stdio.h"
#include "bsp_us016.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);
    US016_GPIO_Init();
    printf("demo start\r\n");
    while(1)
    {
        printf("L = %.2f\r\n",Get_distance() );
        delay_1ms(100);
    }
}

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 2.18.4-1 。

文件 2.18.4-1 移植成功示例