首先，先来看一下这个模块的基本功能和原理。

HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。像智能小车的测距以及转向，或是一些项目中，常常会用到。智能小车测距可以及时发现前方的障碍物，使智能小车可以及时转向，避开障碍物。

注意是5v输入，但是我用stm32 的3.3v输入也是没有问题的。

二.工作原理

      1．给超声波模块接入电源和地。
      2.给脉冲触发引脚（trig）输入一个长为20us的高电平方波

      3.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）
      4.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。
7 `. J9 Z4 r% d: e/ i- v4 k# I6 s      5.根据声音在空气中的速度为344米/秒，即可计算出所测的距离。

      要学习和应用传感器，学会看懂传感器的时序图是很关键的，所以我们来看一下HC-SR04的时序触发图。

   

    我们来分析一下这个时序图，先由触发信号启动HC-RS04测距模块，也就是说，主机要先发送至少10us的高电平，触发HC-RS04,模块内部发出信号是传感器自动回应的，我们不用去管它。输出回响信号是我们需要关注的。信号输出的高电平就是超声波发出到重新返回接收所用的时间。用定时器，可以把这段时间记录下来，算出距离，别忘了结果要除于2，因为总时间是发送和接收的时间总和。

下面是亲测可用的驱动程序。

芯片型号为stm32f103zet6，超声波测距后通过串口打印到电脑上面。

驱动和测距；

1. //超声波测距
   
2. 
   
3. #include "hcsr04.h"
   
4. 
   + m( F# [( }8 m/ A
5. #define HCSR04_PORT     GPIOB
   / X8 b: R' ?& N6 s. }8 Y
6. #define HCSR04_CLK      RCC_APB2Periph_GPIOB
   
7. #define HCSR04_TRIG     GPIO_Pin_5
   
8. #define HCSR04_ECHO     GPIO_Pin_6
   9 X2 h% W$ A# |4 O, I8 [
9. 
   
10. #define TRIG_Send  PBout(5)
    ! N# b# y, s% ~' f" `- G  I0 i
11. #define ECHO_Reci  PBin(6)
    
12. 
    & T! {% V: W7 w9 z& b0 t& X7 {
13. u16 msHcCount = 0;//ms计数
    # Q8 _7 `7 a% d
14. 
    8 h$ y- n9 M) h* L: e9 H
15. void Hcsr04Init()
    
16. {  
    6 }) v) x; F, O+ l: z7 C" I
17.     TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;     //生成用于定时器设置的结构体
    
18.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    1 s7 M! ~$ Z% b; p% r+ _
19.     RCC_APB2PeriphClockCmd(HCSR04_CLK, ENABLE);
    
20.      
    % e5 v3 F0 c7 }
21.         //IO初始化
    * F4 w: `+ {$ f! n+ s$ Q6 C
22.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =HCSR04_TRIG;       //发送电平引脚
    ! l0 G. U# }7 x$ G2 J$ v6 X
23.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    
24.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;//推挽输出
    
25.     GPIO_Init(HCSR04_PORT, &GPIO_InitStructure);
    2 v: a' p1 J0 x: }% w: y+ o( K$ L
26.     GPIO_ResetBits(HCSR04_PORT,HCSR04_TRIG);
    
27.      
    
28.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =   HCSR04_ECHO;     //返回电平引脚
      g6 }6 f$ L5 K& ]
29.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
    4 p7 z0 M/ N' N# V) Q; D2 |
30.     GPIO_Init(HCSR04_PORT, &GPIO_InitStructure);  
    
31.         GPIO_ResetBits(HCSR04_PORT,HCSR04_ECHO);   
    * a+ ]2 e, T1 }8 |8 C5 R6 e
32.      
    2 L8 q( h- X' E' i" ?3 D7 L; l3 m  N
33.             //定时器初始化 使用基本定时器TIM6
    
34.         RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM6, ENABLE);   //使能对应RCC时钟
    
35.         //配置定时器基础结构体
    
36.         TIM_DeInit(TIM2);
    
37.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = (1000-1); //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         计数到1000为1ms
    ( P7 p$ Q$ o8 I! E0 C+ c
38.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =(72-1); //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值  1M的计数频率 1US计数
    , `( L4 ]+ w& P. C% L- a: `5 x
39.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;//不分频
    
40.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
    
41.         TIM_TimeBaseInit(TIM6, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位         
    
42.         
    
43.         TIM_ClearFlag(TIM6, TIM_FLAG_Update);   //清除更新中断，免得一打开中断立即产生中断
    ) b, z! @' G# N. a" D# K
44.         TIM_ITConfig(TIM6,TIM_IT_Update,ENABLE);    //打开定时器更新中断
    
45.         hcsr04_NVIC();
    % F, W3 |. S3 m0 f$ Y
46.     TIM_Cmd(TIM6,DISABLE);     
    8 Z. h; ^, i+ m; R, ]. z
47. }
    + T8 e4 \- e3 h) R1 c1 ~) L" A: X
48. 
    
49. 
    
50. //tips：static函数的作用域仅限于定义它的源文件内，所以不需要在头文件里声明
    * \4 A; [, s+ [, h* U7 t  \' m
51. static void OpenTimerForHc()        //打开定时器
    ) O3 S! Y3 X! s# J$ ~
52. {
    6 M' J3 t: F" p- g! g
53.         TIM_SetCounter(TIM6,0);//清除计数
    
54.         msHcCount = 0;
      d4 d  t( |$ y6 t8 `
55.         TIM_Cmd(TIM6, ENABLE);  //使能TIMx外设
    ' _5 L( O& a9 W7 p$ r
56. }
    
57. 
    
58. static void CloseTimerForHc()        //关闭定时器
    
59. {
    4 |  q. O" Y% \
60.         TIM_Cmd(TIM6, DISABLE);  //使能TIMx外设
    
61. }
    - _% X. \% C# j$ B- T
62. 
    ; f) c7 k  b- t* x  k
63. 
    
64. //NVIC配置
    
65. void hcsr04_NVIC()
    
66. {
    
67.             NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    
68.             NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    7 {/ d" C0 q- O# S# B
69.    
    0 J+ u6 R& k8 e, N3 _; N
70.             NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM6_IRQn;             //选择串口1中断
    # k% B. I2 f# p4 U
71.             NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;  //抢占式中断优先级设置为1
    
72.             NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;         //响应式中断优先级设置为1
    $ X4 R' G' G3 p- U( I
73.             NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;        //使能中断
    
74.             NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    
75. }
    
76. 
    % R& H- C4 V: D
77. 
    : f* C( l, n' s, `0 k% h
78. //定时器6中断服务程序
    4 w5 P  ?& `& P& M: L: o$ X& Q
79. void TIM6_IRQHandler(void)   //TIM3中断
    * z4 F! j0 T) y1 _2 y3 j
80. {
    ( _( S9 X+ l7 v
81.         if (TIM_GetITStatus(TIM6, TIM_IT_Update) != RESET)  //检查TIM3更新中断发生与否
    
82.         {
      Y( R( i; j( N' o! m# `; X
83.                 TIM_ClearITPendingBit(TIM6, TIM_IT_Update  );  //清除TIMx更新中断标志
    " b: T& E: u3 r
84.                 msHcCount++;
    . h; V( |8 K8 D" n. i+ g( g
85.         }
    9 q/ p& _4 q6 W, H0 H
86. }
    2 H- a+ `' l$ l- q# x* J
87. 
    $ {4 X+ I3 a, T- b- @8 c1 s
88. 
    
89. //获取定时器时间
    
90. u32 GetEchoTimer(void)
    . x. q6 F& a% y: D, r
91. {
    
92.         u32 t = 0;
    
93.         t = msHcCount*1000;//得到MS
    0 y9 Q1 Q  Y! y) @; F. @9 [
94.         t += TIM_GetCounter(TIM6);//得到US
    * V8 m6 c7 H+ h: B3 K% X6 }: [+ A
95.           TIM6->CNT = 0;  //将TIM2计数寄存器的计数值清零
    $ `7 t% w2 {, S7 G& B1 d5 a
96.                 Delay_Ms(50);
    " P4 a8 @+ a3 \7 n
97.         return t;
    
98. }
    2 ?9 @1 |/ X' F7 I' ~, c
99. 
    
100. 
     . q; `3 _/ B; c
101. //一次获取超声波测距数据 两次测距之间需要相隔一段时间，隔断回响信号
     
102. //为了消除余震的影响，取五次数据的平均值进行加权滤波。
     
103. float Hcsr04GetLength(void )
     ! h0 e. Y5 L& v! ^; m# G% Y" l
104. {
     
105.         u32 t = 0;
     
106.         int i = 0;
     
107.         float lengthTemp = 0;
     6 g" E; @: d& z
108.         float sum = 0;
     
109.         while(i!=5)
     
110.         {
     ( d8 ^' H3 E  C8 j
111.         TRIG_Send = 1;      //发送口高电平输出
     
112.         Delay_Us(20);
     8 P/ \, O; u6 s+ W+ l5 T4 T: ~2 `. e
113.         TRIG_Send = 0;
     
114.         while(ECHO_Reci == 0);      //等待接收口高电平输出
     7 E9 i6 r9 Z' A: v% z- @" q7 _
115.             OpenTimerForHc();        //打开定时器
     
116.             i = i + 1;
     
117.             while(ECHO_Reci == 1);
     ' e, r4 b7 C- S/ K) S: K  N
118.             CloseTimerForHc();        //关闭定时器
     % {# s6 O$ K, l  [% e0 o
119.             t = GetEchoTimer();        //获取时间,分辨率为1US
     
120.             lengthTemp = ((float)t/58.0);//cm
     
121.             sum = lengthTemp + sum ;
     
122.         
     0 e& a: L9 p  q" b  f- J, c# v
123.     }
     
124.         lengthTemp = sum/5.0;
     $ h" y. c" c  L( G0 B  ^
125.         return lengthTemp;
     
126. }
     
127. 
     $ g8 B8 n" {. J
128. 
     - M( F! x) O& U  X
129. /*:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::
     . j5 Y2 ?0 _( Z" q* }5 N8 V* {
130. ** 函数名称: Delay_Ms_Ms
     
131. ** 功能描述: 延时1MS (可通过仿真来判断他的准确度)            
     6 e, a; U) z+ c) Q4 q( r# }
132. ** 参数描述：time (ms) 注意time<65535
     
133. :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::*/
     
134. void Delay_Ms(uint16_t time)  //延时函数
     3 M1 r( b9 {( u8 i0 c2 t2 @
135. {
     ) x9 Z+ w; V  V$ F
136.     uint16_t i,j;
     
137.     for(i=0;i<time;i++)
     $ Z4 x' z4 U- G. z5 W, L
138.           for(j=0;j<10260;j++);
     
139. }
     
140. /*:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::
     
141. ** 函数名称: Delay_Ms_Us
     + x1 q. g$ ?; T- U. R% {$ ]
142. ** 功能描述: 延时1us (可通过仿真来判断他的准确度)
     ' c) L+ n6 X. G( G
143. ** 参数描述：time (us) 注意time<65535                 
     0 |9 G- e. a- [* h) @& M
144. :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::*/
     * H* e( A3 h! Z1 s1 Y
145. void Delay_Us(uint16_t time)  //延时函数
     
146. {
     % r2 s! g3 m( ]3 A  H: h, g
147.     uint16_t i,j;
     
148.     for(i=0;i<time;i++)
     
149.           for(j=0;j<9;j++);
     1 h8 n1 C- E( A" k2 U$ ]
150. }

复制代码

( s' y3 T' G! u

但是关于USART的函数我就不往上写了，这个简单的串口打印大家应该都会写。下面简单贴一下我的主函数吧。

1. /*
   : ~3 z6 y* ]' r  l0 w+ d$ G" \/ M
2. 教训：实验前一定要检查引脚连接是否正确，万不可搞错，不然又要烧坏芯片！！！！
   
3. 
   
4. */
   
5. 
   , X/ P5 s  R; i* v  n- W
6. #include "hcsr04.h"
   
7. #include "chao_usart.h"
   + T! m. N1 t) L. ^4 ^2 x# ~
8. 
   
9. int main()
   / r$ Z9 \- W0 {$ M3 p
10. {
    $ [! c' V# E2 F
11.    
    , ^! ]3 P+ x3 w+ f
12.         float length;
    ( D/ \) p% |/ g+ U9 g
13.         
      K1 ~: K3 J& h2 S5 Z
14.         GPIO_cfg();
    
15.       NVIC_cfg();
    2 P4 q# k8 y7 K4 e3 ?
16.         USART_cfg();   
    
17.         printf("串口初始化成功！\n");
    
18.    
    
19.         Hcsr04Init();   
    # f4 @3 p" _7 q* z$ n
20.         printf("超声波初始化成功！\n");//测试程序是否卡在下面两句上面
    ) U9 o8 f1 v; M3 z8 K' E0 Q
21. 
    " f4 ^3 R/ U* X+ B5 m
22.         length = Hcsr04GetLength();
    2 l5 \; }2 ?: M# x; J* \
23.         printf("距离为:%.3f\n",length);
    
24.    
    
25.    
    ! ]# Y9 U2 j7 d8 e9 `! {. ?: E+ ~
26. }

复制代码

实验结果：

好了，其实这个模块很简单，但是要是把他用的很好的话还是比较困难的，比如用超声波做一个四轴定高的程序，还是有一定的挑战性的。

写这篇博客的目的不仅仅是介绍这个模块的使用，其实这种使用介绍网上一搜一大把，我只是想纪录一下，我在做这个模块的时候遇到的一些其他的问题。

其中有一个小插曲，就是当吧写好的程序烧进去之后，运行时总是出现每次返回一个同样的比正常值小的多的数据，比如说0.034cm，这明显是一个错误的数据，但是刚开始的时候，不知道为什么

总是这样，多次复位从新上电总是这一个数据。让我很是苦恼。但是幸运的是，在这样的情况中间，他又会有时出现一两个正常的的数据，让你有点摸不着头脑。

上网查了一下才慢慢明白，这种现象叫做“余震”，网上关于余震的解释大致有三种：

  1、探头的余震。即使是分体式的，发射头工作完后还会继续震一会，这是物理效应，也就是余震。这个余震信号也会向外传播。如果你的设计是发射完毕后立刻切换为接收状态（无盲区），那么这个余震波会通过壳体和周围的空气，直接到达接收头、干扰了检测（注：通常的测距设计里，发射头和接收头的距离很近，在这么短的距离里超声波的检测角度是很大的，可达180度）。
  2、壳体的余震。就像敲钟一样，能量仍来自发射头。发射结束后，壳体的余震会直接传导到接收头，当然这个时间很短，但已形成了干扰。另外，在不同的环境温度下，壳体的硬度和外形会有所变化，其余震有时长、有时短、有时干扰大、有时干扰小，这是设计工业级产品时必须要考虑的问题。
  3、电路串扰。超声波发射时的瞬间电流很大，例如某种工业级连续测距产品瞬间电流会有15A，通常的产品也能达到1A，瞬间这么大的电流会对电源有一定影响，并干扰接收电路。通过改善电源设计可以缓解这种情况，但在低成本设计中很难根除。所以每次发射完毕，接收电路还需要一段时间稳定工作状态。在此期间，其输出的信号很难使用。

消除上述现象的方法之一就是在检测的时候多次循环检测，取平均值，也就是加权平均滤波，一个简单的滤波处理。就是下面这一段：

1. int i = 0;
   
2.         float lengthTemp = 0;
   
3.         float sum = 0;
   
4.         while(i!=5)
   # P1 e/ e$ ]- }+ C1 p* X( u
5.         {
   
6.         TRIG_Send = 1;      //发送口高电平输出
   
7.         Delay_Us(20);
   - `3 f  r  F* H0 h! o! C& E
8.         TRIG_Send = 0;
   " t9 D% A, J; n* V2 E/ p
9.         while(ECHO_Reci == 0);      //等待接收口高电平输出
   
10.             OpenTimerForHc();        //打开定时器
    
11.             i = i + 1;
    
12.             while(ECHO_Reci == 1);
    4 {. ?% \3 n6 H* K
13.             CloseTimerForHc();        //关闭定时器
    7 D! K$ j# _1 @0 V' m, ]
14.             t = GetEchoTimer();        //获取时间,分辨率为1US
    3 {: y" k* L; e7 c7 ]
15.             lengthTemp = ((float)t/58.0);//cm
    
16.             sum = lengthTemp + sum ;
    ( R7 W  d; g$ n) ^. m" Y
17.         
    
18.     }
    
19.         lengthTemp = sum/5.0;
    ! z* P7 s3 A2 D  Y7 G$ ]
20.         return lengthTemp;

复制代码

) s3 s& V! `" h
, p7 w: a7 w' R; \% @- Z

加了这个之后，基本上就没有出现余震现象了。

还有一点就是测试程序前一定要检查引脚有没有接错，不管多有把握，也要看一遍，不然很容易出大事的，一个芯片也许就因为你的大意给GG了。切记，这个应该也算我们这个行业的基本素养吧。

3 r* C- U7 N: [/ w6 w: v3 t