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。

二.工作原理

      1．给超声波模块接入电源和地。
7 ~0 s7 [/ C- s8 F9 W& j# L      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。

   

/ G7 r/ L$ `5 ?

    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 t* R$ ^% N+ I& C. ^+ d
4. 
   - S1 S5 y. T6 g6 h# t
5. #define HCSR04_PORT     GPIOB
   
6. #define HCSR04_CLK      RCC_APB2Periph_GPIOB
   
7. #define HCSR04_TRIG     GPIO_Pin_5
   4 N* L& [0 J( K2 R9 Q& S
8. #define HCSR04_ECHO     GPIO_Pin_6
   
9. 
   
10. #define TRIG_Send  PBout(5)
    
11. #define ECHO_Reci  PBin(6)
    
12. 
    0 @  N3 \6 ^6 e5 [$ h' T  D& u: ]
13. u16 msHcCount = 0;//ms计数
    9 r( a( P. \# t, w, g4 p/ C
14. 
    6 s/ ?$ ]- K' [3 R
15. void Hcsr04Init()
    
16. {  
    ' _  M, F, A& f
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.      
    
21.         //IO初始化
    ( ^/ m: P3 v* j% Q3 ?& k" h1 j
22.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =HCSR04_TRIG;       //发送电平引脚
    
23.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    8 q% A; A6 Y4 [, M! F$ E
24.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;//推挽输出
    4 b, }% e. `0 n  R& |8 C
25.     GPIO_Init(HCSR04_PORT, &GPIO_InitStructure);
    ) G* {- a1 s8 R  R3 ?
26.     GPIO_ResetBits(HCSR04_PORT,HCSR04_TRIG);
    
27.      
    
28.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =   HCSR04_ECHO;     //返回电平引脚
      ?- e! r6 s7 e' j1 n& }, d
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);   
    
32.      
    
33.             //定时器初始化 使用基本定时器TIM6
    7 }2 q* S2 d( x/ O. I; R% Z1 J
34.         RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM6, ENABLE);   //使能对应RCC时钟
    1 W, E8 F$ t, ?1 D6 p
35.         //配置定时器基础结构体
    3 Y/ ~5 e7 n$ d# K! O1 V' t
36.         TIM_DeInit(TIM2);
    ) Q. Q+ ~/ W* s% M! p
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
    
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.         
    : V2 A+ X$ e: Q! n% l* `7 x7 U( n
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);     
    4 l4 k6 W& o% \0 a: H3 L% l
47. }
    + c' l7 a8 |! ]; h) P
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
    
51. static void OpenTimerForHc()        //打开定时器
    * |) K/ @6 _9 d$ A7 p
52. {
    
53.         TIM_SetCounter(TIM6,0);//清除计数
    $ J, }& d$ O: `, q; v* w
54.         msHcCount = 0;
    
55.         TIM_Cmd(TIM6, ENABLE);  //使能TIMx外设
    * U; C* b! j3 [& D3 Q$ D2 p5 d
56. }
    ' s( m2 _4 v5 \1 n; ~
57. 
    7 d4 k$ L8 k" `$ M- F2 W3 l
58. static void CloseTimerForHc()        //关闭定时器
    - ~9 t0 T7 U0 R% R% E& z
59. {
    
60.         TIM_Cmd(TIM6, DISABLE);  //使能TIMx外设
    8 ]+ X% I/ Y' L7 w$ k: k+ w1 u
61. }
    . L3 a5 |, k! s$ F* P5 h" t$ r
62. 
    ' U5 z7 W- G1 w9 ^" f7 W) h
63. 
    " ?# p- l3 _0 [) |, f; T4 m1 J: U( s. ]
64. //NVIC配置
    
65. void hcsr04_NVIC()
    
66. {
    
67.             NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    : v5 ^9 s, X- W: e# C* V6 [( ?
68.             NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    . [- _2 ~; i. e% U
69.    
    
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
    3 \( B3 v& J/ p: `5 x3 \
72.             NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;         //响应式中断优先级设置为1
    . ^6 m1 q! A$ D
73.             NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;        //使能中断
    9 I, n8 R5 V+ `+ }1 c* w
74.             NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    
75. }
    : C9 w# v2 {* C
76. 
    
77. 
    / K3 X$ H1 s: g7 M
78. //定时器6中断服务程序
    4 v0 B8 \* \% V/ h' ~3 }
79. void TIM6_IRQHandler(void)   //TIM3中断
      O" c7 ^* a0 g; j
80. {
    & E6 R) v3 r' j
81.         if (TIM_GetITStatus(TIM6, TIM_IT_Update) != RESET)  //检查TIM3更新中断发生与否
    ) \6 a( u! c, T! p/ A6 L
82.         {
    . S* m5 p; L0 X$ x8 q
83.                 TIM_ClearITPendingBit(TIM6, TIM_IT_Update  );  //清除TIMx更新中断标志
    8 C  {: E& \0 K  ^0 G2 `, s
84.                 msHcCount++;
    3 x3 O+ a9 f0 Y7 r+ m
85.         }
    6 |" w6 H; y9 F# J
86. }
    4 k& l) _) T; D; P6 b
87. 
    
88. 
    ! g, ~7 y" K7 _9 d* z) l
89. //获取定时器时间
    6 S- g6 ~) p  r
90. u32 GetEchoTimer(void)
    $ Y1 f& L( Z% M7 y- D' b& X& P
91. {
    
92.         u32 t = 0;
    
93.         t = msHcCount*1000;//得到MS
    " M9 B8 M. w2 z0 H1 `$ {
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);
    $ \8 Z4 A0 p* |6 S$ d: s5 [
97.         return t;
    
98. }
    ; E! N' N7 y( u+ m- Y/ @! B
99. 
    
100. 
     0 Z; a( p! r7 a5 I
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. {
     6 p; J& H  f3 c) g
105.         u32 t = 0;
     ' u- ]; H8 q. Z$ o! w5 C7 n
106.         int i = 0;
     
107.         float lengthTemp = 0;
     
108.         float sum = 0;
     - M& T* |; S5 p7 Z/ F; s
109.         while(i!=5)
     
110.         {
     * r" n% F; X6 {4 v4 d# [
111.         TRIG_Send = 1;      //发送口高电平输出
     - G; G' K8 S: A9 H
112.         Delay_Us(20);
     
113.         TRIG_Send = 0;
     
114.         while(ECHO_Reci == 0);      //等待接收口高电平输出
     2 ~* f5 |7 C6 P- [! m
115.             OpenTimerForHc();        //打开定时器
     1 G2 S9 t9 i% o6 `
116.             i = i + 1;
     # n) e) \5 @1 V7 K' ^- J
117.             while(ECHO_Reci == 1);
     
118.             CloseTimerForHc();        //关闭定时器
     
119.             t = GetEchoTimer();        //获取时间,分辨率为1US
     5 R+ z( P7 P4 ^0 V0 I4 G  U
120.             lengthTemp = ((float)t/58.0);//cm
     ! r1 q9 j- w- b& p
121.             sum = lengthTemp + sum ;
     
122.         
     0 [; y) B! N0 ^
123.     }
     
124.         lengthTemp = sum/5.0;
     
125.         return lengthTemp;
       Q% j; r- e# u# r) z* u0 p
126. }
     
127. 
     . p6 h( {2 y+ b% I
128. 
     ' J/ ^* p/ z& l
129. /*:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::
     6 J9 b, g& R) _- _8 M
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. :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::*/
     
134. void Delay_Ms(uint16_t time)  //延时函数
     
135. {
     
136.     uint16_t i,j;
     
137.     for(i=0;i<time;i++)
     
138.           for(j=0;j<10260;j++);
     
139. }
     $ h/ f+ v+ v& _0 z" D
140. /*:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::
     * M: b' i$ v+ \' i& Q
141. ** 函数名称: Delay_Ms_Us
     % X- C" U8 ~8 k4 Q2 a0 g& q
142. ** 功能描述: 延时1us (可通过仿真来判断他的准确度)
     * L  r# U3 Q$ Q' k9 p, w, e: B
143. ** 参数描述：time (us) 注意time<65535                 
     
144. :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::*/
     
145. void Delay_Us(uint16_t time)  //延时函数
     1 _) F1 ]' K0 ]
146. {
     5 A( Q) }. h- v3 A/ x9 U8 x. Z4 N
147.     uint16_t i,j;
     
148.     for(i=0;i<time;i++)
     8 L' O) g% j8 `  E  [, F
149.           for(j=0;j<9;j++);
     1 P6 V0 |4 D: K: |2 K2 C7 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. /*
   $ ?7 W9 t9 G# L9 R! ^* o5 v; C
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！！！！
   
3. 
   ; a+ k- M+ \: E% O/ T, o" g
4. */
   
5. 
   
6. #include "hcsr04.h"
   ' x. ?7 s6 [2 W9 h, A
7. #include "chao_usart.h"
   
8. 
   
9. int main()
   2 ]2 a' d0 H7 l3 f* o; I, X2 V
10. {
    5 ^- c2 K% o' m! b( q8 Y
11.    
    
12.         float length;
    2 H2 W1 g) T1 v% R0 I
13.         
    9 f% {- |! d  Q" @7 b$ Y) @" }
14.         GPIO_cfg();
    
15.       NVIC_cfg();
    ! B0 ]. N% R% k
16.         USART_cfg();   
    
17.         printf("串口初始化成功！\n");
    , n# }/ V3 J0 H  Q( Y
18.    
    " }& q0 O% r9 e( m
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
    ( F7 \6 z/ U( ]: t% t
21. 
    
22.         length = Hcsr04GetLength();
    # ]# s- w7 o  }' }. V. d# ?! a
23.         printf("距离为:%.3f\n",length);
    
24.    
      R# x4 Z) T2 D
25.    
    
26. }

复制代码

' |0 M" u" e2 I+ U" T

实验结果：

6 m: u' V) j0 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）。
8 M3 h, F; W. u0 b  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。

/ f4 T3 D( d5 d8 O2 q

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;
   ! s! o, h, f8 X2 \
2.         float lengthTemp = 0;
   
3.         float sum = 0;
   8 z4 U, v, u# g8 c- D' Y
4.         while(i!=5)
   
5.         {
   
6.         TRIG_Send = 1;      //发送口高电平输出
   6 Y6 G. F- o4 k
7.         Delay_Us(20);
   
8.         TRIG_Send = 0;
     X7 d- b3 @" ^! [: g
9.         while(ECHO_Reci == 0);      //等待接收口高电平输出
   6 [$ T% m4 R, Q- F9 c- G. @. P
10.             OpenTimerForHc();        //打开定时器
    0 j3 m5 o4 H( x! D
11.             i = i + 1;
    
12.             while(ECHO_Reci == 1);
    0 i, U3 `7 ?. l- \9 J' s! X% x
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
    / Q( w$ f, ]! e) U+ e
16.             sum = lengthTemp + sum ;
    - O) n6 ^5 z- L5 q
17.         
    
18.     }
    , O9 G- o  l0 W5 s$ v
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。