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。

2 @  k! t! X# ]$ T2 ^

二.工作原理

      1．给超声波模块接入电源和地。
& U4 g6 w) W2 m8 j0 P$ Y8 s; [      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.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
   : T8 D& J! n  f1 i" t
2. 
   ! K( x$ M, G$ \- n( d8 t" o
3. #include "hcsr04.h"
   
4. 
   ) K1 N1 D# L2 g' T8 L& T1 [
5. #define HCSR04_PORT     GPIOB
   : w& h( ?1 A5 O" h! f" p
6. #define HCSR04_CLK      RCC_APB2Periph_GPIOB
   
7. #define HCSR04_TRIG     GPIO_Pin_5
   + S4 c+ t6 H9 S3 q4 I6 k
8. #define HCSR04_ECHO     GPIO_Pin_6
   : z% r7 t! A' E1 x& l% g1 c
9. 
   , v/ |% g, m4 w( U! f# M; s" E' H
10. #define TRIG_Send  PBout(5)
    & d' b0 B; Y6 R
11. #define ECHO_Reci  PBin(6)
    
12. 
    ' ]6 ^1 O4 \* @( N) K8 b
13. u16 msHcCount = 0;//ms计数
    
14. 
    + q. p; ~' W2 o
15. void Hcsr04Init()
    - K; h) Z$ Z# u/ _; |  @9 \# ~
16. {  
    
17.     TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;     //生成用于定时器设置的结构体
    . w. @) E, L* o$ j0 E2 `! |
18.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
19.     RCC_APB2PeriphClockCmd(HCSR04_CLK, ENABLE);
    - R( v/ w! p, S# d+ a4 E# l" d
20.      
    $ t5 E1 w! g  r; Y9 d, `
21.         //IO初始化
    
22.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =HCSR04_TRIG;       //发送电平引脚
    9 Y$ P4 l$ B: o! E8 G1 `9 h" s) y6 I
23.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    & z' @# E' h! ?
24.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;//推挽输出
    * \* [( q  ]- h7 u
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
    3 ]8 O8 L- h7 t. [  V3 X
29.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
    5 z6 {9 U! ~, T$ I$ q% b
30.     GPIO_Init(HCSR04_PORT, &GPIO_InitStructure);  
    
31.         GPIO_ResetBits(HCSR04_PORT,HCSR04_ECHO);   
    * ~9 k$ _1 m" I
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
    / B/ J$ |" |) i+ q. s
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
    & \9 ~7 a# ]" H) F
39.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;//不分频
      ^7 s" |& Q  ?! p. q# k$ Y
40.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
    0 }  [& v$ W6 l' u9 f6 Y9 H
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 Z! h/ M9 ]2 o- i
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
    
45.         hcsr04_NVIC();
    
46.     TIM_Cmd(TIM6,DISABLE);     
    
47. }
    
48. 
    
49. 
    4 n% E# v" P, @( O) e2 q; ?5 l6 {
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. {
    
53.         TIM_SetCounter(TIM6,0);//清除计数
    ) Z8 j6 C# L5 t0 J
54.         msHcCount = 0;
    1 A6 R8 L9 ~* u% k( s' R
55.         TIM_Cmd(TIM6, ENABLE);  //使能TIMx外设
    
56. }
    
57. 
    
58. static void CloseTimerForHc()        //关闭定时器
    
59. {
    , v/ k# B& e% T8 g
60.         TIM_Cmd(TIM6, DISABLE);  //使能TIMx外设
    
61. }
    
62. 
    2 K# v0 V, v: q, j! v
63. 
    
64. //NVIC配置
    ( g/ h3 Y! h1 a. {8 v
65. void hcsr04_NVIC()
    
66. {
    6 T1 {- B8 G! i
67.             NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    
68.             NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    2 b8 t! Q2 |8 y% M1 k5 A
69.    
    
70.             NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM6_IRQn;             //选择串口1中断
    ) N# c0 c. _. Y. z- J0 X% p
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
    ) ^+ Q9 L$ L, a. C( i( S
74.             NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    
75. }
    # N* ]' b$ `; s" K; B5 G7 p
76. 
    3 y# Y& C+ [, ^, l; A
77. 
    
78. //定时器6中断服务程序
    ; Z6 d. o2 f- J/ O$ T0 R! H
79. void TIM6_IRQHandler(void)   //TIM3中断
      X# G# ^% M% N9 x- v- ]0 ?: ^+ `; Q) s
80. {
    1 T: a4 \: e$ y; Z
81.         if (TIM_GetITStatus(TIM6, TIM_IT_Update) != RESET)  //检查TIM3更新中断发生与否
    
82.         {
    
83.                 TIM_ClearITPendingBit(TIM6, TIM_IT_Update  );  //清除TIMx更新中断标志
    
84.                 msHcCount++;
    
85.         }
      Y' M7 N: q. G  n& V, j0 C
86. }
    ( o( N) u" Y, \) H/ {" O+ A2 ^
87. 
    
88. 
    : {* Z6 d  o+ O1 v8 O' ?
89. //获取定时器时间
    - m+ r4 T9 {6 _: ~9 v; X. x& z
90. u32 GetEchoTimer(void)
    1 C, M: M: s% X( O8 N/ d. X$ P7 q
91. {
    
92.         u32 t = 0;
    
93.         t = msHcCount*1000;//得到MS
    ) p) S1 s! j0 i' p; {  b9 X+ t
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;
    
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
     0 U. _5 e% x, x8 e
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 )
     2 e; `. ~* k2 S0 h& J' d' t3 j- C
104. {
     3 Y5 q; @4 j  s5 N8 ]$ B( q
105.         u32 t = 0;
     # U: J& e" l, ]1 \
106.         int i = 0;
     , a! R4 q% K! @8 u7 s# J
107.         float lengthTemp = 0;
     4 z& Q. e- \' r( y6 F/ s% n
108.         float sum = 0;
     
109.         while(i!=5)
     
110.         {
     & t% J& ]+ F8 g  I! T6 e' J
111.         TRIG_Send = 1;      //发送口高电平输出
     6 j+ T3 u+ d2 c3 t
112.         Delay_Us(20);
     
113.         TRIG_Send = 0;
     
114.         while(ECHO_Reci == 0);      //等待接收口高电平输出
     ( t) W5 d4 o9 l3 F
115.             OpenTimerForHc();        //打开定时器
     , K. j1 r0 Z% C" [
116.             i = i + 1;
     
117.             while(ECHO_Reci == 1);
     % j2 x/ d$ I6 N  n! }
118.             CloseTimerForHc();        //关闭定时器
     7 Q5 h% x, r% }: k, k: W5 e
119.             t = GetEchoTimer();        //获取时间,分辨率为1US
     , U! x+ A7 m$ L7 \
120.             lengthTemp = ((float)t/58.0);//cm
     
121.             sum = lengthTemp + sum ;
     / U- f% r! L6 a" a: s& L1 ?
122.         
     ! T2 ]) r) V- r5 m& C6 G$ o2 G4 Y
123.     }
     
124.         lengthTemp = sum/5.0;
     / a$ g3 W- }% y1 L; P! ~
125.         return lengthTemp;
     
126. }
     8 _. m3 C1 \% B
127. 
     + q7 q/ a2 L0 c7 A, L" F: t
128. 
     
129. /*:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::
     
130. ** 函数名称: Delay_Ms_Ms
     8 P+ N, L7 d( T/ V9 h% t
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
     ! J. @7 f" K( T
133. :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::*/
     1 E% j6 l2 Y$ H  ]6 I
134. void Delay_Ms(uint16_t time)  //延时函数
     ! y% k1 C) t' B
135. {
     7 P( m7 @( X  B* \* n; |4 v
136.     uint16_t i,j;
     " w! O, a* W9 _- z6 |: ^
137.     for(i=0;i<time;i++)
     
138.           for(j=0;j<10260;j++);
     
139. }
     ; a3 k4 n3 f, `/ I0 \& ]
140. /*:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::
     2 ~  N/ ~4 f/ X  W- J
141. ** 函数名称: Delay_Ms_Us
     ; C: _: c) b! Q- x/ ]
142. ** 功能描述: 延时1us (可通过仿真来判断他的准确度)
     1 K. s, T, v! A7 W8 U% @; c$ b! N
143. ** 参数描述：time (us) 注意time<65535                 
     
144. :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::*/
     ( D/ n! v8 X" z8 `  c2 y
145. void Delay_Us(uint16_t time)  //延时函数
     
146. {
     5 o2 l2 Q8 C$ T
147.     uint16_t i,j;
     
148.     for(i=0;i<time;i++)
     # }! j8 U9 Z6 F! M/ R) u% b; P
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. /*
   
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！！！！
   ! N- l0 v7 s# @
3. 
   
4. */
   
5. 
   8 [( }' G% f, t  O- I3 P+ }
6. #include "hcsr04.h"
   
7. #include "chao_usart.h"
   9 S: x7 j+ _$ r- E  ]
8. 
   
9. int main()
   
10. {
    
11.    
    ) B* N8 z) Q5 ~! I; Q
12.         float length;
    , {# C* i$ C  J
13.         
    9 {" P0 I, D- v1 p/ r
14.         GPIO_cfg();
    ( l' I( d1 U' S( o6 x- d+ Z
15.       NVIC_cfg();
    + _% S# n  c0 e' H9 l
16.         USART_cfg();   
    
17.         printf("串口初始化成功！\n");
    - Q" \  a! U9 P  Z$ G# B9 l
18.    
    9 t* ^! V! t( b/ I9 C, n5 Y
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
    * W1 `$ y( t0 A+ g3 Z# c, r* I
21. 
    : \0 f. F1 O9 H* y- }
22.         length = Hcsr04GetLength();
    
23.         printf("距离为:%.3f\n",length);
    * M; Y1 I$ y$ o+ k
24.    
    
25.    
    8 L" A- ~7 u# x! L4 r5 A5 D$ h! R
26. }

复制代码

& f2 D$ _' h: {6 X; k

实验结果：

( Q! x% c- h0 o  I- x1 C; S* g, Z3 m
9 v1 I" k9 m1 I9 b: Y0 m

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）。
* e: h4 j- |3 k; H+ h+ t! i9 Y3 z) g  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;
   ; ], N$ |; S: U% {% [
3.         float sum = 0;
   
4.         while(i!=5)
   
5.         {
   1 E- y- \! b7 V( y: ^, q; ]
6.         TRIG_Send = 1;      //发送口高电平输出
   
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
    ; w1 {5 J5 {  m# R: a1 Q8 e' m
15.             lengthTemp = ((float)t/58.0);//cm
    & u% z4 T2 D( n# a6 \! d5 ?/ o1 m
16.             sum = lengthTemp + sum ;
    
17.         
    
18.     }
    
19.         lengthTemp = sum/5.0;
    
20.         return lengthTemp;

复制代码

( z; g: D$ U/ J/ n: O
: H9 b% ]7 ]9 Y; ~3 N# t! g

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。