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。

+ _3 Q7 x. p! H5 W' c! b) T

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）
( x0 q! v5 D$ S      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。
1 z& g9 p  f( k8 e: c      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。

   

* e: @! h2 }; U% H

    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. 
   
5. #define HCSR04_PORT     GPIOB
   * V. |) N# x4 Y' @1 t3 _% W
6. #define HCSR04_CLK      RCC_APB2Periph_GPIOB
   8 w+ a( e5 q! z9 d) Y5 z6 O
7. #define HCSR04_TRIG     GPIO_Pin_5
   1 ~' v) j% `5 j7 C1 W
8. #define HCSR04_ECHO     GPIO_Pin_6
   , R8 K9 G/ G( u( i5 n4 E! e- e& |
9. 
   
10. #define TRIG_Send  PBout(5)
    5 H; F( @% j+ z9 w! c
11. #define ECHO_Reci  PBin(6)
    
12. 
    
13. u16 msHcCount = 0;//ms计数
    
14. 
    
15. void Hcsr04Init()
    
16. {  
    
17.     TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;     //生成用于定时器设置的结构体
    $ }$ O# l$ o4 F/ s  @: Q' m
18.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
19.     RCC_APB2PeriphClockCmd(HCSR04_CLK, ENABLE);
    
20.      
    , m% _: m* s5 T
21.         //IO初始化
    1 Z% g8 \. i! I5 d8 F
22.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =HCSR04_TRIG;       //发送电平引脚
    
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);
    ! X; X0 K# f* P4 q- T( [3 l8 g
26.     GPIO_ResetBits(HCSR04_PORT,HCSR04_TRIG);
    7 o4 k; g; U1 x
27.      
    
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
    2 L/ A6 G8 c& C: g
30.     GPIO_Init(HCSR04_PORT, &GPIO_InitStructure);  
    
31.         GPIO_ResetBits(HCSR04_PORT,HCSR04_ECHO);   
    ' t0 v# u+ Z. b- n7 k1 w0 W7 z* L+ L
32.      
    
33.             //定时器初始化 使用基本定时器TIM6
    8 A1 {, K' ~) v6 b* b( N
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
    $ ?; J% s7 x( H3 I  Z5 q  I$ d
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
    4 C# m, p9 j) R' {6 ]
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
      R. Z# P$ T! o* Y& m0 k
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         
    5 _. O$ s* K/ \+ O, R- c( D
42.         
    * h; S/ `$ H9 h& s; c
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
    % E% J' S( v4 ?+ ^' I/ y& D
45.         hcsr04_NVIC();
    $ X/ y6 X1 R/ F6 T- G  \
46.     TIM_Cmd(TIM6,DISABLE);     
    4 o+ @( U3 o4 T% S: f0 _
47. }
    
48. 
    
49. 
    8 V6 r+ F% o) {* P) q6 A
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
    : u, ?6 Q/ @" U: x0 p8 v0 {
52. {
    
53.         TIM_SetCounter(TIM6,0);//清除计数
    4 l4 E+ V2 h) H' K! S
54.         msHcCount = 0;
    8 w6 Q7 q$ v/ M6 X
55.         TIM_Cmd(TIM6, ENABLE);  //使能TIMx外设
    5 K. B! X+ F: l+ ~( F
56. }
      x8 c( {& ~$ {
57. 
    : L" A( ?$ d4 R$ {. D
58. static void CloseTimerForHc()        //关闭定时器
    
59. {
    9 s# }3 `( ^& m: g$ D3 `) p! N% q
60.         TIM_Cmd(TIM6, DISABLE);  //使能TIMx外设
    " N! j( J" G& m+ h' D* g
61. }
    
62. 
    
63. 
    * P+ x# }* G/ \6 b# r6 P5 k- T
64. //NVIC配置
    
65. void hcsr04_NVIC()
    
66. {
    * _  |8 ?8 j) Y' s
67.             NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    
68.             NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    
69.    
    4 y- N. w2 r- w  p
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
    ! U" F1 b. ^6 L+ t7 @
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
    1 p. r4 O: z# g* `( k' P0 {1 R
74.             NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    
75. }
    * |1 k9 K2 t3 }' l# m4 X
76. 
    ( X2 p+ f; O, p' A
77. 
    ! J. U% W% a3 s6 x- e- ^
78. //定时器6中断服务程序
    
79. void TIM6_IRQHandler(void)   //TIM3中断
    
80. {
    
81.         if (TIM_GetITStatus(TIM6, TIM_IT_Update) != RESET)  //检查TIM3更新中断发生与否
    
82.         {
    6 M, _/ k% ~& J% L) E# K! P( E
83.                 TIM_ClearITPendingBit(TIM6, TIM_IT_Update  );  //清除TIMx更新中断标志
    * L- c, L6 o# p4 h/ b5 Z
84.                 msHcCount++;
    
85.         }
    
86. }
    $ d3 @# n% l3 ~# }2 ~5 Q* V1 D" ^
87. 
    
88. 
    
89. //获取定时器时间
    
90. u32 GetEchoTimer(void)
    - u0 [0 Q( ~2 A/ U( F. ]
91. {
    ) V0 O" O7 T9 [. [
92.         u32 t = 0;
    * A" U1 `8 k6 w7 d& i9 X; B4 H& v
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);
    2 n% _3 m, E" O
97.         return t;
    
98. }
    
99. 
    ) e- w5 _# C  M5 i
100. 
     5 n6 K; G9 @. G% J5 r+ E. g% a, u
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
     5 \- ^7 x: C! Q
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。
     " }- W1 Y4 w" E5 i0 v8 b0 r
103. float Hcsr04GetLength(void )
     . \2 g9 k  f) z% T* b  R
104. {
     
105.         u32 t = 0;
     ! a& m) Y) S. D1 ~
106.         int i = 0;
     ; f) Z" b5 X! G3 V3 p/ o
107.         float lengthTemp = 0;
     8 n  a& \" e5 M% ?  J- Y
108.         float sum = 0;
     ; z* x) i+ a+ |+ N) \6 M
109.         while(i!=5)
     % B, @: a' W" P( Y
110.         {
     ' d3 m! ^  w, m
111.         TRIG_Send = 1;      //发送口高电平输出
     
112.         Delay_Us(20);
     
113.         TRIG_Send = 0;
     ( W! B# l3 Z. q) C9 _& D
114.         while(ECHO_Reci == 0);      //等待接收口高电平输出
     
115.             OpenTimerForHc();        //打开定时器
     1 s: E7 s& D2 a" J/ G. z
116.             i = i + 1;
     
117.             while(ECHO_Reci == 1);
     
118.             CloseTimerForHc();        //关闭定时器
     
119.             t = GetEchoTimer();        //获取时间,分辨率为1US
     6 O2 r8 O1 R) C4 V1 Q
120.             lengthTemp = ((float)t/58.0);//cm
     : i8 J" r$ M) I$ o! ]  w( N- i
121.             sum = lengthTemp + sum ;
     
122.         
     : r, X  u% ?! g
123.     }
     
124.         lengthTemp = sum/5.0;
     , E1 V9 _$ @* X5 f  y
125.         return lengthTemp;
     2 a3 {! p8 r9 z1 ~. s% m" h6 }
126. }
     
127. 
     4 V. X" O% M* ?1 ~3 y
128. 
     7 v% M8 Z8 I+ ~/ t
129. /*:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::
     
130. ** 函数名称: Delay_Ms_Ms
     " D$ D8 j% l1 F4 o: w3 T
131. ** 功能描述: 延时1MS (可通过仿真来判断他的准确度)            
     ! X0 K( B: @$ f; q0 p' N4 A
132. ** 参数描述：time (ms) 注意time<65535
     
133. :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::*/
     
134. void Delay_Ms(uint16_t time)  //延时函数
     ) y) k9 C; r: U, i/ V' P* p
135. {
     $ L# z$ l4 X. s, @2 f, _
136.     uint16_t i,j;
     * ]1 v  {7 A3 P6 f
137.     for(i=0;i<time;i++)
     
138.           for(j=0;j<10260;j++);
     
139. }
     , O; R$ _$ d% i: t4 Z. j1 [
140. /*:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::
     # y7 o/ U& w. u! F/ ], [
141. ** 函数名称: Delay_Ms_Us
     
142. ** 功能描述: 延时1us (可通过仿真来判断他的准确度)
     ( ~9 n8 X( \4 v9 J2 E
143. ** 参数描述：time (us) 注意time<65535                 
     # D4 ~, L. B6 j
144. :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::*/
     + {0 Z1 e; e  N- n) `
145. void Delay_Us(uint16_t time)  //延时函数
     % r  d$ q0 H: P# j
146. {
     6 X  G+ K1 t' v" ~
147.     uint16_t i,j;
     1 I5 e: H3 G2 A0 _% ?, @
148.     for(i=0;i<time;i++)
     6 X) L3 L" R  u# g9 w" _
149.           for(j=0;j<9;j++);
     
150. }

复制代码

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. /*
   . Q( ]5 e. E- v- i$ ?
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！！！！
   1 Q, `9 Q- K1 @
3. 
   5 r- u+ N) p1 U! G
4. */
   / g; R8 r0 h" L) Q. M/ Z
5. 
   ; B: {' A6 q7 O  R  ]0 z' }
6. #include "hcsr04.h"
   . W+ Z+ L' O9 h# ^- ^" p1 b
7. #include "chao_usart.h"
   
8. 
   
9. int main()
   
10. {
    
11.    
    $ Z2 F. C  w% o3 Q
12.         float length;
    
13.         
    5 F8 u0 |3 e1 v: g+ X
14.         GPIO_cfg();
    
15.       NVIC_cfg();
    
16.         USART_cfg();   
    ; z  Z% y$ h0 P+ ^* C4 B7 j" {
17.         printf("串口初始化成功！\n");
    
18.    
    & `3 p7 |2 N2 E  I6 k- `: Y
19.         Hcsr04Init();   
    8 ]5 w! D2 S) O! r
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
    ' X% t; L3 {  S& W2 O
21. 
    
22.         length = Hcsr04GetLength();
    $ t5 z) h/ D3 u0 A1 M$ x
23.         printf("距离为:%.3f\n",length);
    
24.    
    3 C. V  }' c* x2 i. G9 l
25.    
    6 p* r5 e' H3 B4 w
26. }

复制代码

& W1 c* u4 ^9 Y

实验结果：

! ]. R) M. G* }. l# O) i

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/ ]7 r1 K: \" D  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。
  D1 R' K+ g0 Q2 a; O! e1 B, p  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;
   / G  u7 q2 @0 J; O& _; P8 q
2.         float lengthTemp = 0;
   + N9 @" i# Q% A7 N# n0 w2 q% [1 R
3.         float sum = 0;
   
4.         while(i!=5)
   3 @! z$ c6 w) J( t; [# e' p
5.         {
   / X, X8 V* M) Y0 e8 f
6.         TRIG_Send = 1;      //发送口高电平输出
   0 M8 {0 ?2 [# i% n6 l+ M
7.         Delay_Us(20);
   
8.         TRIG_Send = 0;
   $ [3 H7 L& L: ?% S/ ^
9.         while(ECHO_Reci == 0);      //等待接收口高电平输出
   
10.             OpenTimerForHc();        //打开定时器
      f' X5 C8 O& A2 g: x8 p+ |8 t, Q
11.             i = i + 1;
    ' O- y5 b& l% M9 w! ]; N( v- H
12.             while(ECHO_Reci == 1);
    
13.             CloseTimerForHc();        //关闭定时器
    " V- A/ E7 K" I0 t
14.             t = GetEchoTimer();        //获取时间,分辨率为1US
    
15.             lengthTemp = ((float)t/58.0);//cm
    0 Q# {8 `' l5 M+ Q# v4 \
16.             sum = lengthTemp + sum ;
    - E; m4 I3 x3 k$ C3 L
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。