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。

& K3 f$ r/ w4 m3 k# y' u9 @! i

二.工作原理

      1．给超声波模块接入电源和地。
8 |) t: h. _, I$ ]' i  r& N/ i      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）
( p, n& J  [; e      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。
( d3 r* \0 V1 Q& Y6 J      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"
   0 O; q: E4 x/ ~7 T+ s
4. 
   
5. #define HCSR04_PORT     GPIOB
   
6. #define HCSR04_CLK      RCC_APB2Periph_GPIOB
   
7. #define HCSR04_TRIG     GPIO_Pin_5
   * _9 |8 K  T. N$ H# C: D7 T& {
8. #define HCSR04_ECHO     GPIO_Pin_6
   # N' @: v# \" c" z
9. 
   
10. #define TRIG_Send  PBout(5)
    
11. #define ECHO_Reci  PBin(6)
    
12. 
    8 D; r! ^/ r6 p+ S# D, v' ]- v
13. u16 msHcCount = 0;//ms计数
    
14. 
      c( k6 ?9 ^5 d' _
15. void Hcsr04Init()
    
16. {  
    
17.     TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;     //生成用于定时器设置的结构体
    , Y1 c( i6 L* n9 L8 p
18.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    # S  v( i% O* @: c2 L% C
19.     RCC_APB2PeriphClockCmd(HCSR04_CLK, ENABLE);
    , A" f; g: I+ v) ]
20.      
    
21.         //IO初始化
    6 w% K. X' H. [' ?
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
    3 Y1 N% ~1 u- K! i9 t; T( t5 h
25.     GPIO_Init(HCSR04_PORT, &GPIO_InitStructure);
    
26.     GPIO_ResetBits(HCSR04_PORT,HCSR04_TRIG);
    
27.      
    2 [( |3 D, p1 y6 H* X9 Z% z
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
    ) l3 p2 B& d' h3 K" ~) n
30.     GPIO_Init(HCSR04_PORT, &GPIO_InitStructure);  
    $ E6 p  ]5 p2 `' n: h/ Y6 ~
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
    
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
    2 I" }, y9 U3 s' a# c$ t
40.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
    3 P: W" n+ K8 h+ r1 |+ x6 r) F
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         
    8 O3 I% Z6 F1 p
42.         
    ) p# n: ^& f( x* d
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
    - a' V" W* f2 ?; D; I
45.         hcsr04_NVIC();
    
46.     TIM_Cmd(TIM6,DISABLE);     
    
47. }
    4 t. h2 |$ u7 A
48. 
    , o2 T% H; `. O/ r, G% H
49. 
    ) ?: Z# ?, P6 Q& q% s4 Y5 R
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
    " M+ S, d/ g7 ]* u$ S* Q+ E
51. static void OpenTimerForHc()        //打开定时器
    
52. {
    
53.         TIM_SetCounter(TIM6,0);//清除计数
    
54.         msHcCount = 0;
    
55.         TIM_Cmd(TIM6, ENABLE);  //使能TIMx外设
    + N; d& N2 J/ i5 k
56. }
    : y* X- O2 t1 C7 Q
57. 
    
58. static void CloseTimerForHc()        //关闭定时器
    
59. {
    
60.         TIM_Cmd(TIM6, DISABLE);  //使能TIMx外设
    $ u+ L, V" F: S' x: F4 V
61. }
    % \9 |6 X  Q$ ~- w9 b8 p$ |, g, {
62. 
    
63. 
    ) O2 G: F2 \7 v  E% `
64. //NVIC配置
    5 w4 c! Y( ^# J4 a& ~
65. void hcsr04_NVIC()
    
66. {
    
67.             NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    8 u! I% i2 z0 B9 P/ e
68.             NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    ! s, M+ L, \: Q% O' r' @- G
69.    
    
70.             NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM6_IRQn;             //选择串口1中断
    ; h$ E( R: G, a
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
    / Z. z) @2 R1 Z- e- H2 b% x
73.             NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;        //使能中断
    
74.             NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    % @' w3 C. ]0 F; {/ e% n
75. }
    ( x& W( |* }9 J+ Z+ }
76. 
    . o4 A% G: E4 e1 ~0 T0 F8 s
77. 
    1 t/ y1 g' S, `; v, J  h* r
78. //定时器6中断服务程序
    8 f% e# {- t) N* m" `% ^" M( b
79. void TIM6_IRQHandler(void)   //TIM3中断
    
80. {
    . d# E; v4 p; Q7 A7 E. R" k
81.         if (TIM_GetITStatus(TIM6, TIM_IT_Update) != RESET)  //检查TIM3更新中断发生与否
    0 U3 T8 j; Y. z5 ]2 k
82.         {
    
83.                 TIM_ClearITPendingBit(TIM6, TIM_IT_Update  );  //清除TIMx更新中断标志
    
84.                 msHcCount++;
    
85.         }
    & Q: N9 o7 F! D. Q5 z6 c# K
86. }
    
87. 
    ! G. f3 ^5 A3 y: W
88. 
    4 w3 H$ t# y, R& y0 h# f; D0 @
89. //获取定时器时间
    
90. u32 GetEchoTimer(void)
    ( {8 \. P0 h" R6 l! V' _
91. {
    
92.         u32 t = 0;
    7 \9 Y9 ~4 q0 Z: O7 s( U/ Q1 E
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);
    
97.         return t;
    . i- |( ^8 [8 k* |9 @8 F
98. }
      Z" s, q! L  v" w0 Y5 \
99. 
    
100. 
     ( u- Q  w7 D- G0 ?( j2 O* k& B
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
     1 r0 d2 a! a+ ?- P) w" V. S
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 )
     + N+ C) t/ s' V
104. {
     ) ?+ U' k# x: V
105.         u32 t = 0;
     
106.         int i = 0;
     
107.         float lengthTemp = 0;
     + A! H, J+ `& Q$ l: g
108.         float sum = 0;
     : D- q5 k5 _' k4 Z( J& ?5 ^" L
109.         while(i!=5)
     
110.         {
     3 g+ L9 m$ @; d+ [1 B0 G
111.         TRIG_Send = 1;      //发送口高电平输出
     
112.         Delay_Us(20);
     / k2 c1 l9 x/ r0 z$ ]. d5 M% A
113.         TRIG_Send = 0;
     
114.         while(ECHO_Reci == 0);      //等待接收口高电平输出
     * A) w. \" d2 n% V
115.             OpenTimerForHc();        //打开定时器
     
116.             i = i + 1;
     , y: v  i$ p$ A( A6 Z8 q
117.             while(ECHO_Reci == 1);
     
118.             CloseTimerForHc();        //关闭定时器
     * b3 N. t, U+ M: _
119.             t = GetEchoTimer();        //获取时间,分辨率为1US
     
120.             lengthTemp = ((float)t/58.0);//cm
     / D% c/ l' `; G/ b; m2 `5 X
121.             sum = lengthTemp + sum ;
     2 v3 Q5 ^% l8 X# D8 {
122.         
       F  P6 T/ F, a% S, l: Q- @7 i( j
123.     }
     & {7 ~- n9 V: k- q) E* r
124.         lengthTemp = sum/5.0;
     2 ?8 H/ e8 B& c, K# ]
125.         return lengthTemp;
     
126. }
     6 _9 t( G+ a1 J% G
127. 
       E  a6 }& ^& ~3 E6 p! B+ i5 w
128. 
     ) V6 \: D  J3 d8 v! |' }5 ?
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)            
     1 c) W) @2 r* ?9 w9 x7 s. E3 m6 H
132. ** 参数描述：time (ms) 注意time<65535
     6 }, @% U8 e  g1 q" S
133. :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::*/
     6 G# f. U% G) w8 f7 [7 ]
134. void Delay_Ms(uint16_t time)  //延时函数
     
135. {
     
136.     uint16_t i,j;
     " K- ?( Z8 X( @
137.     for(i=0;i<time;i++)
     & s+ y5 E7 t! O- a! N$ K
138.           for(j=0;j<10260;j++);
     3 h5 D7 [$ B7 X" A3 }
139. }
     
140. /*:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::
     
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)
     5 C; }; A2 @  O( M
143. ** 参数描述：time (us) 注意time<65535                 
     + l3 w' f4 @/ K
144. :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::*/
     $ B, M% `5 ]9 p
145. void Delay_Us(uint16_t time)  //延时函数
     
146. {
     ' u) O3 N. `, l6 i8 V$ t
147.     uint16_t i,j;
     * @4 N: k- m0 ]9 }& F
148.     for(i=0;i<time;i++)
     5 o2 J% B) ]7 |; J& j
149.           for(j=0;j<9;j++);
     4 K0 \' c* E+ h) T- B  T* p
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！！！！
   1 u4 `4 e' ?: f2 ]9 x" X& l
3. 
   ' M% y4 A7 I" Q: k' M
4. */
   . u( H' H( w3 j+ [' k5 @7 W
5. 
   $ R' F1 n1 S# X) o5 H3 F5 e
6. #include "hcsr04.h"
   1 r* U! D& p' _3 r) a
7. #include "chao_usart.h"
   
8. 
   
9. int main()
   
10. {
    ! n( z: F3 H% G  n$ x# w' Y0 N
11.    
    
12.         float length;
    
13.         
    3 ]$ z( s& k5 O5 c( Q; e7 m/ N
14.         GPIO_cfg();
    
15.       NVIC_cfg();
    - [+ ], k' {$ z" a1 y3 N/ N! U
16.         USART_cfg();   
    
17.         printf("串口初始化成功！\n");
    9 U" }! V% s1 A( w3 x- s
18.    
    
19.         Hcsr04Init();   
    # P$ F. k' [' T  A- V5 z! B
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 N, ^5 t% s( P% M
21. 
      Z0 `' Y, p9 [" m6 p( c$ L
22.         length = Hcsr04GetLength();
    
23.         printf("距离为:%.3f\n",length);
    " y/ x& `! ~. _2 }; T  x1 v" {& _
24.    
    
25.    
    2 V3 S0 d  u, D  {
26. }

复制代码

: P8 e+ W1 K  E  Q/ K

实验结果：

. u! R6 P1 h9 X2 |! F
  v2 N' W! X/ S3 x4 w. z# }

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）。
7 a+ F) R. {7 ?; G, @0 N; X' l  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。
% W  V; [$ ~) e  ?; v3 j5 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。

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; S; `) B& F3 a- S4 Q3 w
3.         float sum = 0;
   & n9 p  V3 ^6 V  E) |' T7 N1 N+ A/ N
4.         while(i!=5)
   / P2 f9 L* K& Q( M
5.         {
   ' N- x" z6 f  @2 ]5 z
6.         TRIG_Send = 1;      //发送口高电平输出
   3 J. j* \4 s( j: N/ ]6 k# Q
7.         Delay_Us(20);
   
8.         TRIG_Send = 0;
   
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
    
15.             lengthTemp = ((float)t/58.0);//cm
    
16.             sum = lengthTemp + sum ;
    / k/ k! E/ k0 M- p
17.         
    
18.     }
    ; f; L' B0 h+ M0 c% _
19.         lengthTemp = sum/5.0;
    + d* J0 p9 Z: k: {# h
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。

2 E* H. ?. w6 n# D2 K. _