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。

# _' Z- y) d! J8 V0 R' a  K, b

二.工作原理

      1．给超声波模块接入电源和地。
  |( T4 y6 L: u) I0 S8 r( U4 }      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 T2 i$ n+ e3 l7 T) L1 J4 L      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。

   

    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
   
6. #define HCSR04_CLK      RCC_APB2Periph_GPIOB
   
7. #define HCSR04_TRIG     GPIO_Pin_5
   
8. #define HCSR04_ECHO     GPIO_Pin_6
   
9. 
   . ~- e1 i9 P/ j/ k. a6 z
10. #define TRIG_Send  PBout(5)
    
11. #define ECHO_Reci  PBin(6)
    
12. 
    " [, ~9 B% ]9 v# ^% H
13. u16 msHcCount = 0;//ms计数
    * y2 B1 J- N) \" }6 r
14. 
    2 {! b' J+ l; S5 g, y* y
15. void Hcsr04Init()
    , h+ o+ E2 Q! ~8 W$ n8 J
16. {  
    & f* G6 h" Q+ K+ I* i8 {7 i
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.      
    ! E1 T# G( }7 U: Q3 S- a% @. ]+ r7 F2 b
21.         //IO初始化
    8 i+ w4 U1 S5 t1 J
22.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =HCSR04_TRIG;       //发送电平引脚
    
23.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    0 X! r- |, Y# M6 D! v
24.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;//推挽输出
    4 P) S. u, R2 I
25.     GPIO_Init(HCSR04_PORT, &GPIO_InitStructure);
    
26.     GPIO_ResetBits(HCSR04_PORT,HCSR04_TRIG);
    
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
    
30.     GPIO_Init(HCSR04_PORT, &GPIO_InitStructure);  
    
31.         GPIO_ResetBits(HCSR04_PORT,HCSR04_ECHO);   
    % O7 ?8 C: f3 N) Y4 R
32.      
    ( W0 k: m9 H( g+ \5 _* A
33.             //定时器初始化 使用基本定时器TIM6
    ( _( T. @- J! t0 ^9 O
34.         RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM6, ENABLE);   //使能对应RCC时钟
    $ i# E' J" ^/ z/ z- Z( u" a3 `
35.         //配置定时器基础结构体
    7 _2 y8 |/ Q, t# H
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
    
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
    - G" n) O' Q& E) w2 Q
39.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;//不分频
    . z0 |( w- D( S3 B' m
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
    ' j6 O" L4 O8 w: O
45.         hcsr04_NVIC();
    8 c  x7 _" D, _: V
46.     TIM_Cmd(TIM6,DISABLE);     
    0 a! D- O; f, v& w
47. }
    - G2 z2 H/ j$ R! ?, T. d
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
    : L* {, Z0 U5 |5 H. A
51. static void OpenTimerForHc()        //打开定时器
    : d7 S& j% w: Q4 {9 f  N
52. {
    0 i8 W: y$ U3 r- F! J4 V
53.         TIM_SetCounter(TIM6,0);//清除计数
    + }- s- d' A+ D/ X
54.         msHcCount = 0;
    
55.         TIM_Cmd(TIM6, ENABLE);  //使能TIMx外设
    
56. }
    
57. 
    / ?0 P( Z4 q2 o( L1 h0 E, }: U7 c( L
58. static void CloseTimerForHc()        //关闭定时器
    
59. {
    
60.         TIM_Cmd(TIM6, DISABLE);  //使能TIMx外设
    
61. }
    
62. 
    
63. 
    9 [) Z5 E+ O# H0 F9 d& c# ~
64. //NVIC配置
    
65. void hcsr04_NVIC()
    
66. {
    
67.             NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    
68.             NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    
69.    
    " i/ m$ }8 j+ O& x: @4 Z% u' R
70.             NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM6_IRQn;             //选择串口1中断
    ! p% D( J$ A* V* F6 G8 |
71.             NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;  //抢占式中断优先级设置为1
    . o8 `- V( i( D8 w+ O0 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
    , d+ o0 y9 ]7 v5 B
74.             NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    
75. }
    % A/ I" C: `3 a
76. 
    
77. 
    ' ~3 ?! `: r% M$ D) v! i6 J0 |" E
78. //定时器6中断服务程序
    - Q. Z# b! B* A; X5 `  C0 b9 i3 \
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
    3 h% a& s; a( ]3 V; F$ M
82.         {
    
83.                 TIM_ClearITPendingBit(TIM6, TIM_IT_Update  );  //清除TIMx更新中断标志
    9 T. x0 b1 h8 o! W: h
84.                 msHcCount++;
    + u5 ^7 q2 Z" P, R  J( `4 R$ `0 k
85.         }
    " c- {2 R4 c; A- x0 ?& l% [# K
86. }
    
87. 
    
88. 
    5 T! Y- J7 x  r7 |, K( H
89. //获取定时器时间
    
90. u32 GetEchoTimer(void)
    4 q9 P. w3 o  l) P0 J6 s7 y
91. {
    
92.         u32 t = 0;
    
93.         t = msHcCount*1000;//得到MS
    5 W$ P$ E2 F3 R2 `' n
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
    + [. G7 v+ s0 ?8 z3 c' x9 t# E
96.                 Delay_Ms(50);
    
97.         return t;
    
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。
     " y" ]1 e- v& \% H: N  B" H
103. float Hcsr04GetLength(void )
     6 U1 S7 g% r- F$ a, v. E, f
104. {
     
105.         u32 t = 0;
     " {  v5 l! R9 c' x! M1 Z' `5 d$ L
106.         int i = 0;
     % U* n# S. O3 ?$ H' p0 \6 z
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
     ; |* Z/ l/ K( f3 c
112.         Delay_Us(20);
       }1 C) ?' b' C0 G5 w
113.         TRIG_Send = 0;
     4 ^4 F4 G+ ~/ V: R
114.         while(ECHO_Reci == 0);      //等待接收口高电平输出
     ) e5 n. A) a; ^5 c/ W
115.             OpenTimerForHc();        //打开定时器
     1 r% |. r6 ]! m5 r- u
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
     
120.             lengthTemp = ((float)t/58.0);//cm
     3 o+ b$ n  i. j& T1 i) [  n
121.             sum = lengthTemp + sum ;
     
122.         
     
123.     }
     # h2 C) @3 H. {+ o7 a( m, i
124.         lengthTemp = sum/5.0;
     
125.         return lengthTemp;
     % N8 a7 D3 \: H: W. v0 a6 t
126. }
     % n* ]6 @4 Z; r; b. Z5 ~
127. 
     
128. 
     
129. /*:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::
     
130. ** 函数名称: Delay_Ms_Ms
     ' @, R; g3 ?( O4 X& j! H9 Q! e
131. ** 功能描述: 延时1MS (可通过仿真来判断他的准确度)            
     - e5 l" H' A$ f& `) v1 ]# j! N
132. ** 参数描述：time (ms) 注意time<65535
     - O2 y8 m) |6 B& R9 e  A% R
133. :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::*/
     6 g0 Y( S2 j- I, p7 c/ D4 H
134. void Delay_Ms(uint16_t time)  //延时函数
     ' ^3 H) V5 t. e. D+ m
135. {
     % }4 K# C- Q0 W7 {$ H" {
136.     uint16_t i,j;
     + d. Q1 U5 @" d. S4 v- F4 C
137.     for(i=0;i<time;i++)
     
138.           for(j=0;j<10260;j++);
     
139. }
     
140. /*:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::
     8 D5 h6 m" ~9 j
141. ** 函数名称: Delay_Ms_Us
     ( {* h- G+ {" K4 o' H. l5 Y
142. ** 功能描述: 延时1us (可通过仿真来判断他的准确度)
     , K8 |1 a+ a; ?4 ]3 z: K
143. ** 参数描述：time (us) 注意time<65535                 
     
144. :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::*/
     
145. void Delay_Us(uint16_t time)  //延时函数
     
146. {
     
147.     uint16_t i,j;
     
148.     for(i=0;i<time;i++)
     " {( @- a: [2 W9 ]
149.           for(j=0;j<9;j++);
     % E! Z5 n. A+ [
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！！！！
   ! V. ^+ }3 D) X, e" u$ W0 o& G
3. 
   
4. */
   - F6 L7 e3 ]- a0 D4 J/ A2 V8 i
5. 
   
6. #include "hcsr04.h"
   $ M* n: O7 K. x/ r( v; b. S/ I
7. #include "chao_usart.h"
   8 P- C) G, ?1 H8 M3 m# s
8. 
   
9. int main()
   
10. {
    , B9 L. k1 j7 d
11.    
    
12.         float length;
    ) M& u5 v1 I9 ~
13.         
    
14.         GPIO_cfg();
    + a& k. r" x0 m0 ~7 s. w
15.       NVIC_cfg();
    
16.         USART_cfg();   
    
17.         printf("串口初始化成功！\n");
    
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
    
21. 
    
22.         length = Hcsr04GetLength();
    
23.         printf("距离为:%.3f\n",length);
    
24.    
    # A6 l9 t5 i1 [( D" ~- w3 |/ r
25.    
    
26. }

复制代码

实验结果：

0 a+ M  S& w/ R! R

/ [; n' x% h$ [3 K

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、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 X6 @; W+ f. s* N  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;
   # G* v( e6 `, i- H/ j
3.         float sum = 0;
   
4.         while(i!=5)
   5 N' c  H7 j% B; @
5.         {
   % e, l8 V7 Z. \& g9 c% J! Y
6.         TRIG_Send = 1;      //发送口高电平输出
   
7.         Delay_Us(20);
   
8.         TRIG_Send = 0;
   1 t" k4 u: V+ |& @
9.         while(ECHO_Reci == 0);      //等待接收口高电平输出
   
10.             OpenTimerForHc();        //打开定时器
    
11.             i = i + 1;
    
12.             while(ECHO_Reci == 1);
    
13.             CloseTimerForHc();        //关闭定时器
    
14.             t = GetEchoTimer();        //获取时间,分辨率为1US
    ' J" Y& r) ~$ Z9 k1 M9 ]1 g' L
15.             lengthTemp = ((float)t/58.0);//cm
    
16.             sum = lengthTemp + sum ;
    
17.         
    . b( _# ?. P, E2 n" f
18.     }
    
19.         lengthTemp = sum/5.0;
    0 |& ]5 `4 r+ M/ d* x0 R( _
20.         return lengthTemp;

复制代码

+ H! t: e0 U2 b7 a
: C1 M: ~- Y' J5 ^: B! K

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。