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【经验之谈】基于STM32G4 SR04超声波模块测距的经验分享

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STMCU小助手 发布时间:2022-12-12 14:00

为了提高测量精度采用平均值滤波经过多次测量提高测量精度。我使用STM32 NUCLEO-G431RB开发板做的,这里使用cubeMX选择该开发板配置




为了省事,我通过串口打印测量结果,板载默认的LPUART1



系统时钟配置为16MHz内部RC振荡器即可



根据时钟设置,定时器使用TIM2,分频为15+1,即可实现计数一次为1us,方便计算。
最大计数可以根据你的需要选择,我这里设置的是50ms的技术周期。这足够测量15米以内的距离了。




为了使用串口printf,我直接复制cubeG4开发包里的例子中的内容

  1. #ifdef __GNUC__


  2. /* With GCC, small printf (option LD Linker->Libraries->Small printf

  3.    set to 'Yes') calls __io_putchar() */

  4. #define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)

  5. #else

  6. #define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)

  7. #endif /* __GNUC__ */
  8. PUTCHAR_PROTOTYPE

  9. {

  10.   /* Place your implementation of fputc here */

  11.   /* e.g. write a character to the LPUART1 and Loop until the end of transmission */

  12.   HAL_UART_Transmit(&hlpuart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);

  13.   return ch;

  14. }
复制代码


以实现串口printf函数的映射,同时在工程配置中启用MicroLIB即可。
头文件当然要引用一下stdio.h
为了方便代码阅读,对TRIG触发引脚的高低电平设置了如下宏定义。
#include "stdio.h"

#define TRIG_HIGH   HAL_GPIO_WritePin(TRIG_GPIO_Port,TRIG_Pin,GPIO_PIN_SET)

#define TRIG_LOW    HAL_GPIO_WritePin(TRIG_GPIO_Port,TRIG_Pin,GPIO_PIN_RESET)
并声明了几个变量用于存储临时数据
float t1,t2,temp[5],average,distance;

int i=0;
每个周期的测量会产生两个计数器的值t1,t2,t2-t1时间差就是模块反馈回来的高电平时长,存储到temp数组内,
测完几组数据后计算出时间差的平均值,然后计算长度。循环临时变量为i.

  1.   for(i=0;i<5;)

  2.                 {

  3.                         htim2.Instance->CNT = 0;

  4.                         TRIG_LOW;

  5.                         TRIG_HIGH;

  6.                         HAL_Delay(1);

  7.                         TRIG_LOW;

  8.                         

  9.                         while(HAL_GPIO_ReadPin(ECHO_GPIO_Port,ECHO_Pin)==GPIO_PIN_RESET)

  10.                                 t1=htim2.Instance->CNT;

  11.                         while(HAL_GPIO_ReadPin(ECHO_GPIO_Port,ECHO_Pin)==GPIO_PIN_SET)

  12.                                 t2=htim2.Instance->CNT;               

  13.                         htim2.Instance->CNT = 0;

  14.                         if(t2>=t1)

  15.                                 {

  16.                                         temp=t2-t1;

  17.                                         i++;

  18.                                 }

  19.                         HAL_Delay(50);

  20.                 }

  21.                

  22.                 average=0;

  23.                

  24.                 for(i=0;i<5;i++)

  25.                         average=average+temp;

  26.                         average=average/5.0;

  27.                

  28.                 distance = average*17/1000;

  29.                 printf("Distance=%.1f cm\n",distance);
复制代码


        


经过测试,不采用平均值,也是非常准的
唯一的缺点是声波集束度不够好,呈现扇面状,模块传感器与被测物体之间要没有其他障碍物影响,如果没有这些干扰,精度还是非常高的。单次测量即输出数据的完整代码。


  1. /* USER CODE BEGIN Header */

  2. /**

  3.   ******************************************************************************

  4.   * @file           : main.c

  5.   * @brief          : Main program body

  6.   ******************************************************************************

  7.   * @attention

  8.   *

  9.   * <h2><center>© Copyright (c) 2022 STMicroelectronics.

  10.   * All rights reserved.</center></h2>

  11.   *

  12.   * This software component is licensed by ST under BSD 3-Clause license,

  13.   * the "License"; You may not use this file except in compliance with the

  14.   * License. You may obtain a copy of the License at:

  15.   *                        opensource.org/licenses/BSD-3-Clause

  16.   *

  17.   ******************************************************************************

  18.   */

  19. /* USER CODE END Header */

  20. /* Includes ------------------------------------------------------------------*/

  21. #include "main.h"

  22. /* Private includes ----------------------------------------------------------*/

  23. /* USER CODE BEGIN Includes */

  24. #include "stdio.h"

  25. #define TRIG_HIGH   HAL_GPIO_WritePin(TRIG_GPIO_Port,TRIG_Pin,GPIO_PIN_SET)

  26. #define TRIG_LOW    HAL_GPIO_WritePin(TRIG_GPIO_Port,TRIG_Pin,GPIO_PIN_RESET)

  27. /* USER CODE END Includes */

  28. /* Private typedef -----------------------------------------------------------*/

  29. /* USER CODE BEGIN PTD */

  30. float t1,t2,temp,distance;

  31. int i=0;

  32. /* USER CODE END PTD */

  33. /* Private define ------------------------------------------------------------*/

  34. /* USER CODE BEGIN PD */

  35. /* USER CODE END PD */

  36. /* Private macro -------------------------------------------------------------*/

  37. /* USER CODE BEGIN PM */

  38. /* USER CODE END PM */

  39. /* Private variables ---------------------------------------------------------*/

  40. UART_HandleTypeDef hlpuart1;

  41. TIM_HandleTypeDef htim2;

  42. /* USER CODE BEGIN PV */

  43. /* USER CODE END PV */

  44. /* Private function prototypes -----------------------------------------------*/

  45. void SystemClock_Config(void);

  46. static void MX_GPIO_Init(void);

  47. static void MX_LPUART1_UART_Init(void);

  48. static void MX_TIM2_Init(void);

  49. /* USER CODE BEGIN PFP */

  50. #ifdef __GNUC__

  51. /* With GCC, small printf (option LD Linker->Libraries->Small printf

  52.    set to 'Yes') calls __io_putchar() */

  53. #define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)

  54. #else

  55. #define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)

  56. #endif /* __GNUC__ */

  57. /* USER CODE END PFP */

  58. /* Private user code ---------------------------------------------------------*/

  59. /* USER CODE BEGIN 0 */

  60. /* USER CODE END 0 */

  61. /**

  62.   * @brief  The application entry point.

  63.   * @retval int

  64.   */

  65. int main(void)

  66. {

  67.   /* USER CODE BEGIN 1 */

  68.   /* USER CODE END 1 */

  69.   /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  70.   /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */

  71.   HAL_Init();

  72.   /* USER CODE BEGIN Init */

  73.   /* USER CODE END Init */

  74.   /* Configure the system clock */

  75.   SystemClock_Config();

  76.   /* USER CODE BEGIN SysInit */

  77.   /* USER CODE END SysInit */

  78.   /* Initialize all configured peripherals */

  79.   MX_GPIO_Init();

  80.   MX_LPUART1_UART_Init();

  81.   MX_TIM2_Init();

  82.   /* USER CODE BEGIN 2 */

  83.           if (HAL_UART_Transmit(&hlpuart1, (uint8_t *)"Hello\n", 6, 3000) != HAL_OK)

  84.   {

  85.     Error_Handler();

  86.   }

  87.         

  88.         HAL_TIM_Base_Start(&htim2);

  89.   /* USER CODE END 2 */

  90.   /* Infinite loop */

  91.   /* USER CODE BEGIN WHILE */

  92.   while (1)

  93.   {

  94.                         htim2.Instance->CNT = 0;

  95.                         TRIG_LOW;

  96.                         TRIG_HIGH;

  97.                         HAL_Delay(1);

  98.                         TRIG_LOW;

  99.                         

  100.                         while(HAL_GPIO_ReadPin(ECHO_GPIO_Port,ECHO_Pin)==GPIO_PIN_RESET)

  101.                                 t1=htim2.Instance->CNT;

  102.                         while(HAL_GPIO_ReadPin(ECHO_GPIO_Port,ECHO_Pin)==GPIO_PIN_SET)

  103.                                 t2=htim2.Instance->CNT;               

  104.                         htim2.Instance->CNT = 0;

  105.                         if(t2>=t1)

  106.                                 {

  107.                                         temp=t2-t1;

  108.                                 }

  109.                         HAL_Delay(100);

  110.                

  111.                 distance = temp*17/1000;

  112.                 printf("Distance=%.1f cm\n",distance);               

  113.                

  114.                 HAL_Delay(2000);

  115.     /* USER CODE END WHILE */

  116.     /* USER CODE BEGIN 3 */

  117.   }

  118.   /* USER CODE END 3 */

  119. }

  120. /**

  121.   * @brief System Clock Configuration

  122.   * @retval None

  123.   */

  124. void SystemClock_Config(void)

  125. {

  126.   RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};

  127.   RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  128.   RCC_PeriphCLKInitTypeDef PeriphClkInit = {0};

  129.   /** Configure the main internal regulator output voltage

  130.   */

  131.   HAL_PWREx_ControlVoltageScaling(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);

  132.   /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters

  133.   * in the RCC_OscInitTypeDef structure.

  134.   */

  135.   RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;

  136.   RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;

  137.   RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;

  138.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_NONE;

  139.   if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)

  140.   {

  141.     Error_Handler();

  142.   }

  143.   /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks

  144.   */

  145.   RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK

  146.                               |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;

  147.   RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_HSI;

  148.   RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;

  149.   RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  150.   RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  151.   if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_0) != HAL_OK)

  152.   {

  153.     Error_Handler();

  154.   }

  155.   /** Initializes the peripherals clocks

  156.   */

  157.   PeriphClkInit.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_LPUART1;

  158.   PeriphClkInit.Lpuart1ClockSelection = RCC_LPUART1CLKSOURCE_PCLK1;

  159.   if (HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&PeriphClkInit) != HAL_OK)

  160.   {

  161.     Error_Handler();

  162.   }

  163. }

  164. /**

  165.   * @brief LPUART1 Initialization Function

  166.   * @param None

  167.   * @retval None

  168.   */

  169. static void MX_LPUART1_UART_Init(void)

  170. {

  171.   /* USER CODE BEGIN LPUART1_Init 0 */

  172.   /* USER CODE END LPUART1_Init 0 */

  173.   /* USER CODE BEGIN LPUART1_Init 1 */

  174.   /* USER CODE END LPUART1_Init 1 */

  175.   hlpuart1.Instance = LPUART1;

  176.   hlpuart1.Init.BaudRate = 115200;

  177.   hlpuart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;

  178.   hlpuart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;

  179.   hlpuart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;

  180.   hlpuart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;

  181.   hlpuart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;

  182.   hlpuart1.Init.OneBitSampling = UART_ONE_BIT_SAMPLE_DISABLE;

  183.   hlpuart1.Init.ClockPrescaler = UART_PRESCALER_DIV1;

  184.   hlpuart1.AdvancedInit.AdvFeatureInit = UART_ADVFEATURE_NO_INIT;

  185.   if (HAL_UART_Init(&hlpuart1) != HAL_OK)

  186.   {

  187.     Error_Handler();

  188.   }

  189.   if (HAL_UARTEx_SetTxFifoThreshold(&hlpuart1, UART_TXFIFO_THRESHOLD_1_8) != HAL_OK)

  190.   {

  191.     Error_Handler();

  192.   }

  193.   if (HAL_UARTEx_SetRxFifoThreshold(&hlpuart1, UART_RXFIFO_THRESHOLD_1_8) != HAL_OK)

  194.   {

  195.     Error_Handler();

  196.   }

  197.   if (HAL_UARTEx_DisableFifoMode(&hlpuart1) != HAL_OK)

  198.   {

  199.     Error_Handler();

  200.   }

  201.   /* USER CODE BEGIN LPUART1_Init 2 */

  202.   /* USER CODE END LPUART1_Init 2 */

  203. }

  204. /**

  205.   * @brief TIM2 Initialization Function

  206.   * @param None

  207.   * @retval None

  208.   */

  209. static void MX_TIM2_Init(void)

  210. {

  211.   /* USER CODE BEGIN TIM2_Init 0 */

  212.   /* USER CODE END TIM2_Init 0 */

  213.   TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};

  214.   TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};

  215.   /* USER CODE BEGIN TIM2_Init 1 */

  216.   /* USER CODE END TIM2_Init 1 */

  217.   htim2.Instance = TIM2;

  218.   htim2.Init.Prescaler = 15;

  219.   htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;

  220.   htim2.Init.Period = 49999;

  221.   htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;

  222.   htim2.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;

  223.   if (HAL_TIM_Base_Init(&htim2) != HAL_OK)

  224.   {

  225.     Error_Handler();

  226.   }

  227.   sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;

  228.   if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim2, &sClockSourceConfig) != HAL_OK)

  229.   {

  230.     Error_Handler();

  231.   }

  232.   sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;

  233.   sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;

  234.   if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim2, &sMasterConfig) != HAL_OK)

  235.   {

  236.     Error_Handler();

  237.   }

  238.   /* USER CODE BEGIN TIM2_Init 2 */

  239.   /* USER CODE END TIM2_Init 2 */

  240. }

  241. /**

  242.   * @brief GPIO Initialization Function

  243.   * @param None

  244.   * @retval None

  245.   */

  246. static void MX_GPIO_Init(void)

  247. {

  248.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

  249.   /* GPIO Ports Clock Enable */

  250.   __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();

  251.   __HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE();

  252.   __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

  253.   __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();

  254.   /*Configure GPIO pin Output Level */

  255.   HAL_GPIO_WritePin(TRIG_GPIO_Port, TRIG_Pin, GPIO_PIN_RESET);

  256.   /*Configure GPIO pin Output Level */

  257.   HAL_GPIO_WritePin(LD2_GPIO_Port, LD2_Pin, GPIO_PIN_RESET);

  258.   /*Configure GPIO pin : B1_Pin */

  259.   GPIO_InitStruct.Pin = B1_Pin;

  260.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_RISING;

  261.   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;

  262.   HAL_GPIO_Init(B1_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

  263.   /*Configure GPIO pin : TRIG_Pin */

  264.   GPIO_InitStruct.Pin = TRIG_Pin;

  265.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;

  266.   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;

  267.   GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;

  268.   HAL_GPIO_Init(TRIG_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

  269.   /*Configure GPIO pin : ECHO_Pin */

  270.   GPIO_InitStruct.Pin = ECHO_Pin;

  271.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;

  272.   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;

  273.   HAL_GPIO_Init(ECHO_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

  274.   /*Configure GPIO pin : LD2_Pin */

  275.   GPIO_InitStruct.Pin = LD2_Pin;

  276.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;

  277.   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;

  278.   GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;

  279.   HAL_GPIO_Init(LD2_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

  280. }

  281. /* USER CODE BEGIN 4 */

  282. /**

  283.   * @brief  Retargets the C library printf function to the USART.

  284.   * @param  None

  285.   * @retval None

  286.   */

  287. PUTCHAR_PROTOTYPE

  288. {

  289.   /* Place your implementation of fputc here */

  290.   /* e.g. write a character to the LPUART1 and Loop until the end of transmission */

  291.   HAL_UART_Transmit(&hlpuart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);

  292.   return ch;

  293. }

  294. /* USER CODE END 4 */

  295. /**

  296.   * @brief  This function is executed in case of error occurrence.

  297.   * @retval None

  298.   */

  299. void Error_Handler(void)

  300. {

  301.   /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */

  302.   /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */

  303.   __disable_irq();

  304.   while (1)

  305.   {

  306.   }

  307.   /* USER CODE END Error_Handler_Debug */

  308. }

  309. #ifdef  USE_FULL_ASSERT

  310. /**

  311.   * @brief  Reports the name of the source file and the source line number

  312.   *         where the assert_param error has occurred.

  313.   * @param  file: pointer to the source file name

  314.   * @param  line: assert_param error line source number

  315.   * @retval None

  316.   */

  317. void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)

  318. {

  319.   /* USER CODE BEGIN 6 */

  320.   /* User can add his own implementation to report the file name and line number,

  321.      ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */

  322.   /* USER CODE END 6 */

  323. }

  324. #endif /* USE_FULL_ASSERT */

  325. /************************ (C) COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE****/

复制代码

   
---------------------
作者:gaoyang9992006

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