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。

0 c) j4 _+ S/ t' _

- m7 m' [3 |' L* M

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）
" o8 g5 v  g/ x( _: 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。
, W2 ]# ^5 t5 l% e1 q7 r      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。

   

, ~, R* k1 A* e5 T+ g- V

    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. 
   ! ^1 ^' J! ?$ t2 t
3. #include "hcsr04.h"
   
4. 
   
5. #define HCSR04_PORT     GPIOB
   2 t+ `7 ^# r2 R" M( ?/ m/ u
6. #define HCSR04_CLK      RCC_APB2Periph_GPIOB
   9 x; O; d1 s( ~# W7 F  s( ?
7. #define HCSR04_TRIG     GPIO_Pin_5
   - p' J0 }  S+ Z- z2 o- r) o( }4 c
8. #define HCSR04_ECHO     GPIO_Pin_6
   ; I# A! }" e( u2 g- I2 H# e
9. 
   
10. #define TRIG_Send  PBout(5)
    " J/ T; j' m; G) ]2 N; I  ?
11. #define ECHO_Reci  PBin(6)
    
12. 
    ! U/ z/ r& ~5 b0 v. ?+ g- X: ^" t
13. u16 msHcCount = 0;//ms计数
    8 N3 I- J* L. W
14. 
    + Q: c9 d% f9 ^9 i7 _
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;
    
19.     RCC_APB2PeriphClockCmd(HCSR04_CLK, ENABLE);
    
20.      
    % ]/ Q% U$ o7 h8 E7 Z( @
21.         //IO初始化
    , f. }1 d, o/ O8 g
22.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =HCSR04_TRIG;       //发送电平引脚
    
23.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    5 X$ i# n) f8 L+ h5 c3 x
24.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;//推挽输出
    
25.     GPIO_Init(HCSR04_PORT, &GPIO_InitStructure);
    
26.     GPIO_ResetBits(HCSR04_PORT,HCSR04_TRIG);
    
27.      
    2 ^( u8 |. U$ @& ]  r7 B
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
    - T& [* P# z( {7 i' p
30.     GPIO_Init(HCSR04_PORT, &GPIO_InitStructure);  
    
31.         GPIO_ResetBits(HCSR04_PORT,HCSR04_ECHO);   
    
32.      
    * G$ I  ^+ i2 B, g. D, S" s5 s
33.             //定时器初始化 使用基本定时器TIM6
    . Y; t  i1 J. t. W
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);
    * _2 m4 S4 \' R. J  O
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
    ; }; J7 y  k% M0 ]% @% B
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
    * O. b8 W' R. f! e  Z
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
    
44.         TIM_ITConfig(TIM6,TIM_IT_Update,ENABLE);    //打开定时器更新中断
    7 u; N5 t$ M1 [7 D/ r
45.         hcsr04_NVIC();
    , o4 N; B" J& T& p1 h0 ~: \
46.     TIM_Cmd(TIM6,DISABLE);     
    
47. }
    
48. 
    9 R/ M5 V+ R) l) {
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
    & ], g/ [4 H- C
51. static void OpenTimerForHc()        //打开定时器
    % I5 K& X+ Z& B
52. {
    - A6 g; v0 a: U1 l2 y
53.         TIM_SetCounter(TIM6,0);//清除计数
    
54.         msHcCount = 0;
    7 {# L4 U7 z  h# H. Z
55.         TIM_Cmd(TIM6, ENABLE);  //使能TIMx外设
    & O) Q# u- l7 @* \
56. }
    
57. 
      f" T. ?! y& n$ o
58. static void CloseTimerForHc()        //关闭定时器
    * F' O( c- D9 h4 H/ i: s4 F
59. {
    
60.         TIM_Cmd(TIM6, DISABLE);  //使能TIMx外设
    2 n9 v9 {) r! a, v$ Y1 [( e
61. }
    / L( u; @% q* P! y3 i2 R
62. 
    
63. 
    5 G/ a$ F* j1 e# a' N
64. //NVIC配置
    
65. void hcsr04_NVIC()
    ! t- \1 v$ X  u
66. {
    ; h1 m* T% d! @; _/ S" d
67.             NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    # t& M4 r4 v0 @0 [) e! N
68.             NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    
69.    
    3 y9 E  N; s: ]/ Y$ ?) C- X
70.             NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM6_IRQn;             //选择串口1中断
    
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
    - w( K& w4 W& t
73.             NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;        //使能中断
    3 E3 r6 i5 l( W+ q; X) Y
74.             NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    
75. }
    
76. 
    - P7 V% q9 }5 Y
77. 
    
78. //定时器6中断服务程序
    
79. void TIM6_IRQHandler(void)   //TIM3中断
    
80. {
    8 P) b" f$ i2 j
81.         if (TIM_GetITStatus(TIM6, TIM_IT_Update) != RESET)  //检查TIM3更新中断发生与否
    5 f" M6 [9 n  R. W0 n/ `
82.         {
      L' M2 g$ u# ^! |5 e. w% F
83.                 TIM_ClearITPendingBit(TIM6, TIM_IT_Update  );  //清除TIMx更新中断标志
    
84.                 msHcCount++;
    
85.         }
    
86. }
    
87. 
    
88. 
    
89. //获取定时器时间
    
90. u32 GetEchoTimer(void)
    
91. {
    " m, ]% O5 g$ _6 b' z% H
92.         u32 t = 0;
    
93.         t = msHcCount*1000;//得到MS
    
94.         t += TIM_GetCounter(TIM6);//得到US
    / Q$ U, B" V1 N* s; i: M
95.           TIM6->CNT = 0;  //将TIM2计数寄存器的计数值清零
    , k2 E! b5 H2 Q+ s+ k
96.                 Delay_Ms(50);
    
97.         return t;
    " r6 R# i" }( X, K% m3 s
98. }
    % X* S1 x. F, r2 Z  s8 y( I( [
99. 
    + J( O# j3 W5 u: R
100. 
     # i8 g) V# ^; \
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
     * |4 n4 n3 O4 H4 z. x& J, R7 o
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。
     7 V! Z5 `* Y2 O
103. float Hcsr04GetLength(void )
     
104. {
     . D+ @7 L# R8 m( E/ v1 w! g) @
105.         u32 t = 0;
     9 e6 Y! T' c* Y7 Y
106.         int i = 0;
     0 t5 @9 `# `( R. G, V
107.         float lengthTemp = 0;
     
108.         float sum = 0;
     
109.         while(i!=5)
     
110.         {
     
111.         TRIG_Send = 1;      //发送口高电平输出
     
112.         Delay_Us(20);
     
113.         TRIG_Send = 0;
     
114.         while(ECHO_Reci == 0);      //等待接收口高电平输出
     
115.             OpenTimerForHc();        //打开定时器
     & |. q: [' p; h; A
116.             i = i + 1;
     0 H. F- X0 w) s9 m
117.             while(ECHO_Reci == 1);
     
118.             CloseTimerForHc();        //关闭定时器
     
119.             t = GetEchoTimer();        //获取时间,分辨率为1US
     
120.             lengthTemp = ((float)t/58.0);//cm
     
121.             sum = lengthTemp + sum ;
     
122.         
     ; `- }' i0 R; B
123.     }
     6 F9 o( g  P  E# k  [
124.         lengthTemp = sum/5.0;
     ' {. t# x- D/ [/ i
125.         return lengthTemp;
     
126. }
     ) o# \0 k0 m! U4 V$ ~) a$ `
127. 
     
128. 
     8 Q2 J0 Z9 Q. [! ~/ Z
129. /*:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::
     
130. ** 函数名称: Delay_Ms_Ms
     7 `3 k+ q# Y" D1 d" {9 Q
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. :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::*/
     % x) B; s: y5 u
134. void Delay_Ms(uint16_t time)  //延时函数
     
135. {
     
136.     uint16_t i,j;
     
137.     for(i=0;i<time;i++)
     
138.           for(j=0;j<10260;j++);
     
139. }
     . W5 o2 r  Y9 t, ]
140. /*:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::
     
141. ** 函数名称: Delay_Ms_Us
     9 d, Q" \+ @' F) U
142. ** 功能描述: 延时1us (可通过仿真来判断他的准确度)
     + p% y6 W0 s1 t8 B; Y
143. ** 参数描述：time (us) 注意time<65535                 
     
144. :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::*/
     
145. void Delay_Us(uint16_t time)  //延时函数
     
146. {
     ) V2 K, X6 @& Y5 V; H1 W- z3 }
147.     uint16_t i,j;
     
148.     for(i=0;i<time;i++)
     2 }! d! {4 o, B  x2 {
149.           for(j=0;j<9;j++);
     
150. }

复制代码

! C9 A% {7 X0 L9 ^" a, d

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！！！！
   9 D- ^4 D- O! [% X) ?/ y/ {
3. 
   : B' z/ K. v/ f' n
4. */
   
5. 
   
6. #include "hcsr04.h"
   
7. #include "chao_usart.h"
   
8. 
   : ]! c1 Y4 B8 ~4 F* s, ?
9. int main()
   
10. {
    6 i1 D" T8 _9 o- i5 L( |/ g
11.    
    
12.         float length;
    
13.         
    / V! y, Q: y' L" v
14.         GPIO_cfg();
    ) Z% }( a* r) D, x* c; w! u
15.       NVIC_cfg();
    ! E2 c2 y$ ?1 W* H: C% o5 C
16.         USART_cfg();   
    
17.         printf("串口初始化成功！\n");
    
18.    
    + V$ W; s+ J+ @* _1 @
19.         Hcsr04Init();   
    8 L  e- ]$ y6 S# H9 P
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. 
    7 m; Q  k6 ~& o. M6 |
22.         length = Hcsr04GetLength();
    1 z4 e3 [* @& t1 m
23.         printf("距离为:%.3f\n",length);
    0 l9 U) s8 `& K( y4 z; D! t+ a
24.    
    * g% z" a/ k& B
25.    
    
26. }

复制代码

6 P  B& V% A$ E8 b3 m' `) }

实验结果：

+ [) N6 Z5 P* Q0 [# w" v1 h) c( n0 @
7 }! t7 Q7 G" N

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）。
, S! a. `  a  ]" m  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;
   4 p) k( ^! {8 S, K4 M' F
3.         float sum = 0;
   - b3 f# b' b& c* W8 L
4.         while(i!=5)
   , C& i+ v! K' m9 w; ~0 W
5.         {
   - ~+ V8 d& W& U0 D/ j
6.         TRIG_Send = 1;      //发送口高电平输出
   5 h& X- b2 k( h" h; N3 z
7.         Delay_Us(20);
   
8.         TRIG_Send = 0;
   3 K7 t" E3 W! H  j- O( t
9.         while(ECHO_Reci == 0);      //等待接收口高电平输出
   6 E0 K* G' I8 P8 m, z# `
10.             OpenTimerForHc();        //打开定时器
    
11.             i = i + 1;
    % U# N0 L' o1 }" M
12.             while(ECHO_Reci == 1);
    ' @& i2 v- T5 M) o
13.             CloseTimerForHc();        //关闭定时器
    
14.             t = GetEchoTimer();        //获取时间,分辨率为1US
    ! M) V" q+ J- F( a* l0 K+ u7 i: \+ X
15.             lengthTemp = ((float)t/58.0);//cm
    - l& A( ]% i- r$ ?0 q
16.             sum = lengthTemp + sum ;
    
17.         
    
18.     }
    : y2 W' _1 j+ p; z  {
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。