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 {% ?8 J: J+ D) A* a- j2 X

二.工作原理

      1．给超声波模块接入电源和地。
! d% _( M0 M% F      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）
6 N8 F  P. e$ |9 @2 k0 @& e% X      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。

   

  n% T" v1 ]7 @& i, x

    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
   ) `/ S; O8 L  b$ f7 L) L% h
2. 
   ) n3 C& R' d" a. H+ |9 ?2 F, `
3. #include "hcsr04.h"
   1 ~, A( N' Q+ B4 b
4. 
   
5. #define HCSR04_PORT     GPIOB
   ; v. q3 f3 c; `' i
6. #define HCSR04_CLK      RCC_APB2Periph_GPIOB
   
7. #define HCSR04_TRIG     GPIO_Pin_5
   
8. #define HCSR04_ECHO     GPIO_Pin_6
   
9. 
   
10. #define TRIG_Send  PBout(5)
    
11. #define ECHO_Reci  PBin(6)
    0 I$ K; R3 e, C: k# m2 M
12. 
    3 Y/ A  G; H) J7 F( Q: ^
13. u16 msHcCount = 0;//ms计数
    $ v9 W$ _2 \% y! [- F0 j
14. 
    
15. void Hcsr04Init()
    ! ~( T/ t! {- f/ g
16. {  
    
17.     TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;     //生成用于定时器设置的结构体
    8 [7 w1 n( J( a, h" g% X6 n) \
18.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
19.     RCC_APB2PeriphClockCmd(HCSR04_CLK, ENABLE);
    + D# r8 W: B( \( i7 U* x4 _  V
20.      
    ; M; N. I# g! j+ E% C2 I
21.         //IO初始化
    5 K2 a1 C" u5 A' S
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
    - y( C1 t6 c% j1 g$ K
25.     GPIO_Init(HCSR04_PORT, &GPIO_InitStructure);
    
26.     GPIO_ResetBits(HCSR04_PORT,HCSR04_TRIG);
    + I& t" P* F1 _' B) K
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
    9 [: h) v9 f/ F: F7 O3 [5 `
30.     GPIO_Init(HCSR04_PORT, &GPIO_InitStructure);  
    ' Y, C, {& {$ \
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);
    
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
    - b# s2 o1 }4 U
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
    7 x/ Z3 l& x. w0 a7 s" {5 K1 u& O
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         
    4 A+ K1 a& n+ U# m* ^* _, V
42.         
      _( z9 f: t9 |* W# o
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
    5 |& t4 R- \4 s
44.         TIM_ITConfig(TIM6,TIM_IT_Update,ENABLE);    //打开定时器更新中断
    2 [1 T) z/ H+ ^
45.         hcsr04_NVIC();
    
46.     TIM_Cmd(TIM6,DISABLE);     
    
47. }
    0 V  G3 W9 e2 s6 y+ d7 x
48. 
      L0 F8 a" Q8 }
49. 
    ) l% A. U7 A; P) M0 g, |
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. {
    2 |- z6 Z7 K2 E  @
53.         TIM_SetCounter(TIM6,0);//清除计数
    
54.         msHcCount = 0;
    4 K0 l# ^  ^4 [2 B
55.         TIM_Cmd(TIM6, ENABLE);  //使能TIMx外设
    
56. }
    ) H, G2 A' X* G$ B; c8 X- w
57. 
    
58. static void CloseTimerForHc()        //关闭定时器
    
59. {
    
60.         TIM_Cmd(TIM6, DISABLE);  //使能TIMx外设
    
61. }
    5 A9 |4 M( ?: Y  d
62. 
    - S( f& \) G5 p1 p4 i& A! h% Y
63. 
    ! B9 E; [  t2 @# C& T, c6 v* P
64. //NVIC配置
    5 K0 P, A9 k. U. V' R, N* |3 n
65. void hcsr04_NVIC()
    - ?2 E/ w' L! O/ S$ [& Z
66. {
    3 i7 [- k# F# f* t3 m  Z
67.             NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    
68.             NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    1 N, }* k* H7 V# c6 m1 i- _
69.    
    ! o, C2 L& |* Z0 ^7 W( i
70.             NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM6_IRQn;             //选择串口1中断
    # E9 X+ `1 u. f! y8 m- b
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
    
73.             NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;        //使能中断
    ( _, W: g. c% q, m6 ?, \
74.             NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    . Q$ p; [' R) Y8 _3 i- K
75. }
    3 z! V( R; p0 H3 }
76. 
    ( f- I; c3 R3 c) X3 q. H. ?
77. 
    . l4 g+ _& A# Y* ]3 Y
78. //定时器6中断服务程序
    
79. void TIM6_IRQHandler(void)   //TIM3中断
    * X. q+ h; M5 N4 p  A
80. {
    ) S6 {6 ~5 I  K+ b0 c' y1 h
81.         if (TIM_GetITStatus(TIM6, TIM_IT_Update) != RESET)  //检查TIM3更新中断发生与否
    6 y. z6 K! K( X8 ]  W
82.         {
    
83.                 TIM_ClearITPendingBit(TIM6, TIM_IT_Update  );  //清除TIMx更新中断标志
    
84.                 msHcCount++;
    
85.         }
    
86. }
    
87. 
    
88. 
    , X, l+ l, W( G. _" P; y
89. //获取定时器时间
    0 R( D7 p$ s4 o! Y! t# b+ U
90. u32 GetEchoTimer(void)
    
91. {
    
92.         u32 t = 0;
    , Y9 {! N: B8 v0 d5 N
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
    7 H& }- ?# J/ Y; g& F8 b
96.                 Delay_Ms(50);
    
97.         return t;
    ) V) ?5 E* k3 c
98. }
    
99. 
    
100. 
     
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. {
     , s! `- W1 _! [
105.         u32 t = 0;
     , @0 t- }) `: |
106.         int i = 0;
     
107.         float lengthTemp = 0;
     ) y5 H7 _9 r* A% F
108.         float sum = 0;
     2 T/ T, C" R1 b" @% \6 N/ K' E) J& z( a) C
109.         while(i!=5)
     
110.         {
     ; `- H6 h1 }. T, F
111.         TRIG_Send = 1;      //发送口高电平输出
     0 C0 n" L8 N( E7 ^
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
     - E/ t( E7 ~4 e! g* C' l1 F
116.             i = i + 1;
     . F- H; k& P  {1 ~6 U
117.             while(ECHO_Reci == 1);
     
118.             CloseTimerForHc();        //关闭定时器
       B3 K0 y5 y- I: z
119.             t = GetEchoTimer();        //获取时间,分辨率为1US
     
120.             lengthTemp = ((float)t/58.0);//cm
     
121.             sum = lengthTemp + sum ;
     
122.         
     
123.     }
     
124.         lengthTemp = sum/5.0;
     
125.         return lengthTemp;
     & Z4 n6 Z; b' ?
126. }
     
127. 
     ! K$ M- _4 y' o( x
128. 
     1 o  y* o4 D$ S3 W0 K8 U
129. /*:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::
     
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)            
     
132. ** 参数描述：time (ms) 注意time<65535
     
133. :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::*/
     5 f1 m' R& G7 `! A$ W0 I
134. void Delay_Ms(uint16_t time)  //延时函数
     ; Y% w2 b4 C; O- o
135. {
     
136.     uint16_t i,j;
       i8 [- l5 b( C8 x3 v
137.     for(i=0;i<time;i++)
     , v, v# p9 Y7 M
138.           for(j=0;j<10260;j++);
     7 O+ p* s: @0 \0 h- D% b
139. }
     * @2 q( y. i1 t7 R% K/ r7 X
140. /*:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::
     $ h7 _3 y1 g6 y( x% Y/ r
141. ** 函数名称: Delay_Ms_Us
     / m! i& l3 s+ J8 ?
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                 
     , ~: Z% A  V5 i: K( k" X4 x6 }5 c- B* w
144. :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::*/
     
145. void Delay_Us(uint16_t time)  //延时函数
     0 a. d1 J8 w% d% u" h; f
146. {
     $ {+ [: V  b; z. j1 ?3 q7 u
147.     uint16_t i,j;
     
148.     for(i=0;i<time;i++)
     
149.           for(j=0;j<9;j++);
     2 Z. @+ _$ C& H
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. /*
   
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！！！！
   . A  K" X, F# V0 ~$ S# Q' I9 |$ N$ I) f
3. 
   
4. */
   - d7 C; i* U1 W( T7 @, ?
5. 
   & L# ?3 C4 {: g0 O* [; W, f
6. #include "hcsr04.h"
   
7. #include "chao_usart.h"
   
8. 
   " p1 _4 [5 J8 T
9. int main()
   
10. {
    : h0 P! R* g! U, h
11.    
    
12.         float length;
    + p4 Q& H. W- B, g' [2 J* l0 a
13.         
    
14.         GPIO_cfg();
    
15.       NVIC_cfg();
    
16.         USART_cfg();   
    
17.         printf("串口初始化成功！\n");
    0 u8 B5 n9 a2 w3 [) p& M
18.    
    # a6 U: z4 _! h
19.         Hcsr04Init();   
    ! \' j+ c$ m- [: _4 g( |2 W. ^0 l
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
    5 y$ F/ ?8 a) k0 z6 D+ H2 m
21. 
    
22.         length = Hcsr04GetLength();
    8 N! T: x" y- _+ r
23.         printf("距离为:%.3f\n",length);
    % U8 |2 @* j$ S, ?. h6 z6 s7 Z
24.    
    
25.    
    + O; b8 b2 C3 [
26. }

复制代码

% n. _* ]* q3 y5 m3 A2 T! t
6 ?: G' |; O+ w& r" S" A0 g

实验结果：

: A/ N6 v. n* p" r4 |1 L) Y9 @

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 ?- H# i7 i+ u  |  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 S& f+ _& h8 }! 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。

6 B2 [3 @3 Q( l/ W) `% Z$ k  x

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;
   - P% Q; F9 X$ L5 b) C
2.         float lengthTemp = 0;
   
3.         float sum = 0;
   
4.         while(i!=5)
   
5.         {
   
6.         TRIG_Send = 1;      //发送口高电平输出
   + ~  A" H  X( p- V: x+ ^! a/ @
7.         Delay_Us(20);
   
8.         TRIG_Send = 0;
   " v' N. s' r' m  {: V5 {
9.         while(ECHO_Reci == 0);      //等待接收口高电平输出
   0 |" G1 {4 N$ I/ Z) F: c9 j( f
10.             OpenTimerForHc();        //打开定时器
    5 H8 b. o; J( r1 {
11.             i = i + 1;
    
12.             while(ECHO_Reci == 1);
    / v8 p6 F0 C: u4 M$ J" I
13.             CloseTimerForHc();        //关闭定时器
    7 ~0 n7 @1 L) r2 N
14.             t = GetEchoTimer();        //获取时间,分辨率为1US
    
15.             lengthTemp = ((float)t/58.0);//cm
    1 a+ u9 w! B' e
16.             sum = lengthTemp + sum ;
    
17.         
    
18.     }
    6 O) d' e3 `* r- w1 X6 w$ t
19.         lengthTemp = sum/5.0;
    + }' y% N7 \5 @$ _3 C4 U. f
20.         return lengthTemp;

复制代码

  A, b4 v. P: J7 a

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。

' y; S: c) \/ I9 v