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。

, r# z% ]6 `0 b* }/ F1 u

二.工作原理

      1．给超声波模块接入电源和地。
4 C+ Q; p" M2 B3 S# G( a      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）
- B, r2 J  D, m. B* k8 y, C      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。
      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。

   

1 |3 @) @6 X! ^9 v; r& t& d

    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. 
     h" t! ^' T, o3 ]: R) G
3. #include "hcsr04.h"
   
4. 
   # q0 m5 {/ V  O% u) e
5. #define HCSR04_PORT     GPIOB
   + M- e& z& n' x! h2 o0 l
6. #define HCSR04_CLK      RCC_APB2Periph_GPIOB
   
7. #define HCSR04_TRIG     GPIO_Pin_5
   3 e1 Z8 `. }4 k! e# P$ x8 [
8. #define HCSR04_ECHO     GPIO_Pin_6
   
9. 
   
10. #define TRIG_Send  PBout(5)
    
11. #define ECHO_Reci  PBin(6)
    
12. 
    4 ]  L) ^3 p: ]3 \* ~3 s1 J
13. u16 msHcCount = 0;//ms计数
    / ^: i9 ?; s8 S8 f5 M# j
14. 
    
15. void Hcsr04Init()
    ; I  @! X! C/ c) b
16. {  
    8 g' q3 H; R, u0 G! \
17.     TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;     //生成用于定时器设置的结构体
    
18.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    ; x4 R  I3 j6 G) m8 C" k
19.     RCC_APB2PeriphClockCmd(HCSR04_CLK, ENABLE);
    : t  t9 l8 [% ], x3 E
20.      
    $ y6 }; ^4 _/ m! Z- K. ?% g7 ]
21.         //IO初始化
    
22.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =HCSR04_TRIG;       //发送电平引脚
    
23.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    4 Z5 E) ^. Y0 V$ c) k  X5 a$ z
24.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;//推挽输出
    7 ^* V3 o# z* a
25.     GPIO_Init(HCSR04_PORT, &GPIO_InitStructure);
    
26.     GPIO_ResetBits(HCSR04_PORT,HCSR04_TRIG);
    , Y; J7 W' S, i" g5 u9 l
27.      
    . h  [: e! z/ A! \7 ~
28.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =   HCSR04_ECHO;     //返回电平引脚
    " H2 ]) w9 I- R) A+ I7 P# c
29.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
    & w- S+ }) d, X) k" |7 b& V
30.     GPIO_Init(HCSR04_PORT, &GPIO_InitStructure);  
    9 V1 |/ i2 w2 m7 Q. M; Q
31.         GPIO_ResetBits(HCSR04_PORT,HCSR04_ECHO);   
    
32.      
    
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);
    & P( _5 H' y+ q/ m1 E
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
    
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
    , y& B7 w* Q7 b; a4 T  S# Z3 N" p) K
39.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;//不分频
    0 R7 M5 W/ j9 Q3 J" T
40.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
    6 F9 {9 Q! E4 Z6 x3 a& t5 {& T( r
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
    
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);     
    , i) u' @$ i% o0 q* \2 W
47. }
    
48. 
    2 j7 W( p8 M; F9 i0 V) b0 z
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
    
51. static void OpenTimerForHc()        //打开定时器
    
52. {
    " c( m7 r7 o, }
53.         TIM_SetCounter(TIM6,0);//清除计数
    
54.         msHcCount = 0;
    ! A- t5 ~! ~  q" k; O6 y, p
55.         TIM_Cmd(TIM6, ENABLE);  //使能TIMx外设
    
56. }
    
57. 
    # O  f5 B, J3 L' f9 `& O
58. static void CloseTimerForHc()        //关闭定时器
    ( ^0 B& k" V4 e
59. {
    % M% B0 g( r) S0 V% A6 M
60.         TIM_Cmd(TIM6, DISABLE);  //使能TIMx外设
    1 N- ^) n$ i$ X; I8 _" D7 t" L
61. }
    * B5 u- M% ?( L* c& ~- J/ c
62. 
    
63. 
    
64. //NVIC配置
    / T# S+ j8 G. N: p
65. void hcsr04_NVIC()
    
66. {
      X" t' P5 t0 H
67.             NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    
68.             NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    - o* F& c% _$ Z5 n6 {, R' N
69.    
    3 Y) t6 `% B  S0 I  ?
70.             NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM6_IRQn;             //选择串口1中断
    6 S7 C( B* Q1 |6 G; O
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
    - t4 i: S( l" A0 p# H
73.             NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;        //使能中断
    
74.             NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    + _5 B: V  K1 E
75. }
    
76. 
    $ d  {. z$ N' n4 y/ x& ~
77. 
    1 ~9 R: O7 E6 ~% Y2 d/ T9 m$ X
78. //定时器6中断服务程序
    
79. void TIM6_IRQHandler(void)   //TIM3中断
    
80. {
    9 F% {; J4 ?$ J' K& O! h
81.         if (TIM_GetITStatus(TIM6, TIM_IT_Update) != RESET)  //检查TIM3更新中断发生与否
    5 ?! w3 r( K- x) _- r
82.         {
    
83.                 TIM_ClearITPendingBit(TIM6, TIM_IT_Update  );  //清除TIMx更新中断标志
    # @% {6 L9 t) `/ B" w4 a1 i
84.                 msHcCount++;
    
85.         }
    
86. }
    
87. 
    
88. 
    
89. //获取定时器时间
    
90. u32 GetEchoTimer(void)
    " n3 O: k& _, m7 ]' }
91. {
    . Y, {, a4 ^( \: B0 y6 R0 f
92.         u32 t = 0;
    7 r; x6 l0 ^  h/ s  _3 \5 ]; q" P" I
93.         t = msHcCount*1000;//得到MS
    
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);
    ! L- h7 w5 U, R9 J
97.         return t;
    2 I. N, f+ ~1 r6 ]8 }0 P0 ?
98. }
    : u  x  I/ I1 @7 H
99. 
    6 u$ N! k- q$ ?
100. 
     8 y/ b9 V/ {" x9 U6 ~% y2 p( f
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 )
     
104. {
       E: x* E/ Z7 v
105.         u32 t = 0;
     
106.         int i = 0;
     
107.         float lengthTemp = 0;
     * N  S0 r+ a- L; y5 d$ j3 p  n
108.         float sum = 0;
     0 I4 o. ]: S# u3 f# ]* @
109.         while(i!=5)
     
110.         {
     
111.         TRIG_Send = 1;      //发送口高电平输出
     7 W2 U/ c* f, {& ~7 l: E" S8 o
112.         Delay_Us(20);
     / D" J0 P( k6 x5 L) {/ H
113.         TRIG_Send = 0;
     2 a3 W& u" S4 @0 n
114.         while(ECHO_Reci == 0);      //等待接收口高电平输出
     
115.             OpenTimerForHc();        //打开定时器
     & w! D, z8 Q  i1 n4 A5 r/ t8 A' r
116.             i = i + 1;
     1 G6 C* Q" [# F; }
117.             while(ECHO_Reci == 1);
     
118.             CloseTimerForHc();        //关闭定时器
     4 P3 s3 e" o  C' L  T
119.             t = GetEchoTimer();        //获取时间,分辨率为1US
     
120.             lengthTemp = ((float)t/58.0);//cm
     
121.             sum = lengthTemp + sum ;
     
122.         
     & C1 ?% z' H( }# ^7 e# F/ i
123.     }
     
124.         lengthTemp = sum/5.0;
     
125.         return lengthTemp;
     5 y7 Z5 Y/ c6 M/ _, {
126. }
     $ V! O7 k! [1 d1 i8 y0 U# B% z6 b2 q  G
127. 
     ; U4 k& d) v5 I3 g. e% ]! Q9 O
128. 
     ; U9 s- P8 N) w" H' n
129. /*:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::
     
130. ** 函数名称: Delay_Ms_Ms
     $ Y: g1 d: u3 j- [4 u
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. :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::*/
     
134. void Delay_Ms(uint16_t time)  //延时函数
     & ?9 L: N7 U- E$ K7 k; k
135. {
     
136.     uint16_t i,j;
     
137.     for(i=0;i<time;i++)
     
138.           for(j=0;j<10260;j++);
     
139. }
     
140. /*:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::
     
141. ** 函数名称: Delay_Ms_Us
     / e( _7 x: J6 k( B
142. ** 功能描述: 延时1us (可通过仿真来判断他的准确度)
     & K1 j2 T% d) D- }* B9 k
143. ** 参数描述：time (us) 注意time<65535                 
     
144. :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::*/
     " m' B7 n5 t: S; `
145. void Delay_Us(uint16_t time)  //延时函数
       H, I# L+ a  }0 z$ j# |
146. {
     
147.     uint16_t i,j;
     
148.     for(i=0;i<time;i++)
     4 K; n$ G! j; a2 x: F" \5 e' A8 q
149.           for(j=0;j<9;j++);
     8 i. d4 B' \, \4 Q2 U1 T: L
150. }

复制代码

4 c1 K! h% q1 x' W/ H

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！！！！
   . m# q" d; Y3 F  v9 d, M
3. 
   
4. */
   ; F* C' N) i9 U9 C* j6 `. Q
5. 
   
6. #include "hcsr04.h"
   ; [( y- r1 F1 r5 {# Z1 S
7. #include "chao_usart.h"
   6 o0 M$ D9 f* ~5 Z( O3 {; B
8. 
   
9. int main()
   
10. {
    
11.    
    . V, H3 G1 v$ @0 J. O7 v- s2 @5 s
12.         float length;
    % F; |- R! Q; _  W- t( y
13.         
    4 n' O" V2 ]9 C4 t, h8 ^
14.         GPIO_cfg();
    
15.       NVIC_cfg();
    
16.         USART_cfg();   
    ! N0 |! ?0 k& T: L+ H% n2 X7 f
17.         printf("串口初始化成功！\n");
    / F1 q1 @' ^' [$ |3 _, p
18.    
    
19.         Hcsr04Init();   
    
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
    0 E6 `9 j' _3 u9 E. n- c6 }7 Q: ]4 i: Z
21. 
    % ^6 n8 N1 R0 v
22.         length = Hcsr04GetLength();
    ( ?6 j9 T9 |" w3 z5 s
23.         printf("距离为:%.3f\n",length);
    " g5 ~' h7 ~' ~, q( t6 Y
24.    
    
25.    
    $ @$ R2 H' g) `: q
26. }

复制代码

实验结果：

$ b% @% I! j$ N/ S
2 K" `! i$ O$ \  w

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）。
! {- j1 u& M' W9 ], R7 e  v  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。
/ a# ]- g2 k$ U( A  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。

2 c; j3 p0 A& s# L0 A5 |% C

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;
   ) h5 w+ A4 h2 _) x$ X; T
3.         float sum = 0;
   ( b, a0 n4 I) @% |) J+ s# L2 L, F
4.         while(i!=5)
   + @0 R; ]5 I5 M# J
5.         {
   ' C5 `# ?' f- X: I" S( z5 U- W
6.         TRIG_Send = 1;      //发送口高电平输出
   9 B7 `9 ~, c  X6 {4 \- `) C( q: x
7.         Delay_Us(20);
   7 _2 v4 i' G$ L3 O4 s) |
8.         TRIG_Send = 0;
   ; W; ?- [: |6 `2 t8 q* K
9.         while(ECHO_Reci == 0);      //等待接收口高电平输出
   - ^. y) |! `5 \- q; g: w5 ~- h6 d" S
10.             OpenTimerForHc();        //打开定时器
    
11.             i = i + 1;
    # x) M  t  ?5 X# e1 r
12.             while(ECHO_Reci == 1);
    - @( F( ]4 R, F8 o1 ?
13.             CloseTimerForHc();        //关闭定时器
    
14.             t = GetEchoTimer();        //获取时间,分辨率为1US
    
15.             lengthTemp = ((float)t/58.0);//cm
    
16.             sum = lengthTemp + sum ;
    - X9 `* h7 J% E
17.         
    
18.     }
    
19.         lengthTemp = sum/5.0;
    
20.         return lengthTemp;

复制代码

2 f! T9 }+ c( L  |& |' @: o$ l% 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。