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。

, o5 t4 m8 W" J3 n& l* V, s

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。
8 f: s! @5 u+ x7 M: j0 `      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。

   

# p7 w! {* v1 x( `) Z" f

    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
   9 u; k5 e( J, w  @( Z
2. 
   
3. #include "hcsr04.h"
   . a! s0 c2 y& t" E" a: \- g9 B* L+ L
4. 
   ) G# [# U: `0 Y1 M
5. #define HCSR04_PORT     GPIOB
   7 e/ q$ _, k, o9 b
6. #define HCSR04_CLK      RCC_APB2Periph_GPIOB
   , q( [3 j! Z8 Y% u. J6 b( d
7. #define HCSR04_TRIG     GPIO_Pin_5
   3 A0 U% X' \2 k# V
8. #define HCSR04_ECHO     GPIO_Pin_6
   
9. 
   ' m) A# d: ]& b& s, k/ }; j
10. #define TRIG_Send  PBout(5)
    
11. #define ECHO_Reci  PBin(6)
    6 |* p% v' o; b2 ]
12. 
    
13. u16 msHcCount = 0;//ms计数
    
14. 
    4 F& s' `( n# W/ k; W+ x
15. void Hcsr04Init()
    
16. {  
    
17.     TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;     //生成用于定时器设置的结构体
    
18.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    2 l  X; R' [3 I
19.     RCC_APB2PeriphClockCmd(HCSR04_CLK, ENABLE);
    ) w! d1 [1 U) J2 o
20.      
    3 H9 S8 P0 }1 q% h( Y" l
21.         //IO初始化
    - w$ H7 n( ^; A: I5 g) c
22.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =HCSR04_TRIG;       //发送电平引脚
    % o. O2 v1 D! L6 ]3 ]
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);
    ; F* `7 f7 u) s
26.     GPIO_ResetBits(HCSR04_PORT,HCSR04_TRIG);
    
27.      
    # \$ ?; k4 G6 P% U1 k
28.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =   HCSR04_ECHO;     //返回电平引脚
    
29.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
    & B6 ]  ?- i: C, L! A; P
30.     GPIO_Init(HCSR04_PORT, &GPIO_InitStructure);  
    . K+ g* f$ [. p9 w
31.         GPIO_ResetBits(HCSR04_PORT,HCSR04_ECHO);   
    ' z( `* R7 Z/ B7 J& L5 G
32.      
    
33.             //定时器初始化 使用基本定时器TIM6
    2 d$ P3 W  O7 @7 n6 I
34.         RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM6, ENABLE);   //使能对应RCC时钟
    ( |7 i! P' x  V4 l3 [  W% b0 X
35.         //配置定时器基础结构体
    ; t$ P* U1 X3 P
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
    : d6 y- ~& B& {# ]2 k* y2 H
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
    
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         
    $ v  T$ A9 Z! n: |
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
    
44.         TIM_ITConfig(TIM6,TIM_IT_Update,ENABLE);    //打开定时器更新中断
    
45.         hcsr04_NVIC();
    
46.     TIM_Cmd(TIM6,DISABLE);     
    
47. }
    
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
    & D1 O. |# ^& M' ~3 `" R
51. static void OpenTimerForHc()        //打开定时器
    
52. {
    
53.         TIM_SetCounter(TIM6,0);//清除计数
    
54.         msHcCount = 0;
    
55.         TIM_Cmd(TIM6, ENABLE);  //使能TIMx外设
    , S. ]% u! j& [5 t
56. }
    4 L1 Z2 H5 F' ^( ]( O9 H
57. 
    & @( B0 T: L" M
58. static void CloseTimerForHc()        //关闭定时器
    7 S- ^2 U. b* N
59. {
    
60.         TIM_Cmd(TIM6, DISABLE);  //使能TIMx外设
    
61. }
    
62. 
    
63. 
    
64. //NVIC配置
    
65. void hcsr04_NVIC()
    
66. {
    
67.             NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    / c+ Q/ a3 [; h( ~1 h2 C" \3 N  K
68.             NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    2 r- x; \( M/ f
69.    
    
70.             NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM6_IRQn;             //选择串口1中断
    / d3 E! q( e/ G# i1 g5 x
71.             NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;  //抢占式中断优先级设置为1
    ! U) P: _% G  f
72.             NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;         //响应式中断优先级设置为1
    
73.             NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;        //使能中断
    
74.             NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    
75. }
    
76. 
    
77. 
    
78. //定时器6中断服务程序
    9 r* J0 }! ~, }) _
79. void TIM6_IRQHandler(void)   //TIM3中断
    6 Y3 X1 O( Q$ ~  K5 |6 p
80. {
    
81.         if (TIM_GetITStatus(TIM6, TIM_IT_Update) != RESET)  //检查TIM3更新中断发生与否
    , X  w) \! w6 b0 p$ N+ O2 V& V
82.         {
    - y6 k9 @7 u/ T. Y2 R% v4 y
83.                 TIM_ClearITPendingBit(TIM6, TIM_IT_Update  );  //清除TIMx更新中断标志
    & X4 A/ D0 I& D: k, R8 f9 e
84.                 msHcCount++;
    
85.         }
    # ]) x: Y$ J1 D( U
86. }
    1 r: h: v" `5 T* O# z3 i- k
87. 
    ! n+ D, G: w2 q2 K
88. 
    
89. //获取定时器时间
    
90. u32 GetEchoTimer(void)
    
91. {
    $ o' Y* K8 k3 Y) e9 E) F
92.         u32 t = 0;
    
93.         t = msHcCount*1000;//得到MS
    + q6 w4 {1 E# ^/ a
94.         t += TIM_GetCounter(TIM6);//得到US
    
95.           TIM6->CNT = 0;  //将TIM2计数寄存器的计数值清零
    
96.                 Delay_Ms(50);
    
97.         return t;
    4 y4 v. |4 ?5 L# q  `2 r- o9 R
98. }
    
99. 
    5 c& N/ N% h5 B
100. 
     & [: }5 R( A( A% p$ W
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
     - `* {& n* N+ n  [8 R
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 )
     7 G& ~, ?/ i8 o3 R8 d
104. {
     $ H* m# }# t+ w  o$ n/ y+ }* F# i4 Z
105.         u32 t = 0;
     ( c" d, K5 H& ~. P  f8 E3 ^
106.         int i = 0;
     
107.         float lengthTemp = 0;
     . O8 g4 E3 r2 K4 b5 F, ?5 f
108.         float sum = 0;
     9 `' I6 s2 i5 ?: o% a' {8 v& u
109.         while(i!=5)
     
110.         {
     ( z) q8 ?( s5 @. o+ O
111.         TRIG_Send = 1;      //发送口高电平输出
     
112.         Delay_Us(20);
     
113.         TRIG_Send = 0;
     7 h, w0 H, i# e) w# @, p
114.         while(ECHO_Reci == 0);      //等待接收口高电平输出
     
115.             OpenTimerForHc();        //打开定时器
     
116.             i = i + 1;
     # R. F. g$ x) i* I  d5 z
117.             while(ECHO_Reci == 1);
     
118.             CloseTimerForHc();        //关闭定时器
     5 w9 j* D6 [: O
119.             t = GetEchoTimer();        //获取时间,分辨率为1US
     
120.             lengthTemp = ((float)t/58.0);//cm
     
121.             sum = lengthTemp + sum ;
     3 O, j4 u7 N7 a9 D) s8 n
122.         
     
123.     }
     
124.         lengthTemp = sum/5.0;
     
125.         return lengthTemp;
     2 I/ _) c% ^, x! ?' L5 y& j3 H8 k8 F- p
126. }
     $ w4 M' Y- @" E# z; M  h6 @# O
127. 
     
128. 
     % a- i: \% i4 |4 R; b
129. /*:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::
     0 S. s& _- V: n$ ?5 ~
130. ** 函数名称: Delay_Ms_Ms
     4 D- f& j* x% J, Y. p& R) f
131. ** 功能描述: 延时1MS (可通过仿真来判断他的准确度)            
     
132. ** 参数描述：time (ms) 注意time<65535
     
133. :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::*/
     ! F  \* |. C/ G5 G: v2 D; H
134. void Delay_Ms(uint16_t time)  //延时函数
     
135. {
     1 T  N5 e; t1 a2 p$ J% g
136.     uint16_t i,j;
     ' C. k9 [* i* L! I
137.     for(i=0;i<time;i++)
     + [$ ^5 Y1 E( ^% Q  W; L
138.           for(j=0;j<10260;j++);
     ( l& y1 W3 q- }. s, d5 H
139. }
     
140. /*:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::
     , H6 h1 _. p  ~; S& |
141. ** 函数名称: Delay_Ms_Us
     : B0 o: o( A2 g0 B0 D3 M
142. ** 功能描述: 延时1us (可通过仿真来判断他的准确度)
     
143. ** 参数描述：time (us) 注意time<65535                 
     9 C- {6 b" o. `/ {9 M7 T. T
144. :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::*/
     * L& T8 P! d4 F
145. void Delay_Us(uint16_t time)  //延时函数
     
146. {
     1 r6 h* O( h1 C- e3 z8 @* ^
147.     uint16_t i,j;
     6 Q& X7 {9 h! D3 q- z0 O+ H
148.     for(i=0;i<time;i++)
     
149.           for(j=0;j<9;j++);
     ' I7 V/ N1 S  |8 i  [1 H/ ]
150. }

复制代码

' L. Z0 s; F" d" B/ _6 V- t; {

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. /*
   
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. 
   ; K. v7 i$ B- }4 P3 ^% c
4. */
   7 S$ V, k4 j0 P, M8 d
5. 
   
6. #include "hcsr04.h"
   
7. #include "chao_usart.h"
   7 A5 A( i$ [2 e# I! _4 S' J: u' N% J
8. 
   
9. int main()
   9 H3 v: l) T1 \; u* P' ]/ I3 p
10. {
    ( Y! {6 \( M! Q$ L+ o$ ]
11.    
    
12.         float length;
    % u6 _3 [( J" C( b" D0 @- e
13.         
    
14.         GPIO_cfg();
    9 ~. s; i! W4 H" ~( W1 I
15.       NVIC_cfg();
    
16.         USART_cfg();   
    2 j& a$ E" |/ c3 C$ S8 L
17.         printf("串口初始化成功！\n");
    
18.    
    
19.         Hcsr04Init();   
    - h0 h: p- H1 Z& K
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
    
21. 
    # T! _; {. s% u( {0 _8 V: `
22.         length = Hcsr04GetLength();
    
23.         printf("距离为:%.3f\n",length);
    * }- x+ N) n; o/ i) f
24.    
    
25.    
    4 y( L7 s0 w9 v( o3 m# V* P1 h, E
26. }

复制代码

( b' s$ i9 \" J  B/ z

实验结果：

/ r. t& s" H. l8 G9 i5 _% p
+ H: q$ \  s& K4 G) \9 D3 f
% N" G4 m7 z. q" Y/ _; |

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）。
' U% Z, n; D0 S' @' n6 G3 X$ O  f8 E( s  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。
* `5 L- S& r, b/ |  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 d( g( T. D4 [) M+ a
4.         while(i!=5)
   
5.         {
   
6.         TRIG_Send = 1;      //发送口高电平输出
   & Q5 C: t) A+ m4 c% }+ n- |6 b
7.         Delay_Us(20);
   
8.         TRIG_Send = 0;
   ! @" c( y, x4 \, f6 M- u7 {% ]2 x
9.         while(ECHO_Reci == 0);      //等待接收口高电平输出
   0 `# D5 x" D" `
10.             OpenTimerForHc();        //打开定时器
    1 p, b" R3 m  m2 h
11.             i = i + 1;
    
12.             while(ECHO_Reci == 1);
    5 |9 M2 i4 ?, Z% u* U5 }; [4 d
13.             CloseTimerForHc();        //关闭定时器
      a8 q& ?: Q& j5 p/ }2 o8 [
14.             t = GetEchoTimer();        //获取时间,分辨率为1US
    $ c6 }* Z" d& _0 O
15.             lengthTemp = ((float)t/58.0);//cm
    3 [/ O; q1 \& _( N
16.             sum = lengthTemp + sum ;
    
17.         
    
18.     }
    
19.         lengthTemp = sum/5.0;
    
20.         return lengthTemp;

复制代码

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。

# R" T! `7 m/ ~$ r