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超声波测距模块HC-SR04可以测量2cm~400cm的距离，本文使用X-CTR100控制器定时器进行超声波距离测量。
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。
基本工作原理：
(1)采用IO 口TRIG 触发测距，给最少10us 的高电平信呈。
(2)模块自动发送8 个40khz 的方波，自动检测是否有信号返回；
(3)有信号返回，通过IO 口ECHO 输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2;
如下图接线，VCC 供5V电源， GND 为地线，TRIG 触发控制信号输入，ECHO 回响信号输出等四个接口端。
超声波时序图
以上时序图表明你只需要提供一个10uS 以上脉冲触发信号，该模块内部将发出8 个40kHz 周期电平并检测回波。一旦检测到有回波信号则输出回响信号。
回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比。由此通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距离。
公式：uS/58=厘米或者uS/148=英寸；或是：距离=高电平时间*声速（340M/S）/2；建议测量周期为60ms 以上，以防止发射信号对回响信号的影响。
1、此模块不宜带电连接，若要带电连接，则先让模块的 GND端先连接，否则会影响模块的正常工作。
2、测距时，被测物体的面积不少于 0.5平方米且平面尽量要求平整，否则影响测量的结果。
例程
本例程实现X-CTR100控制器测量超声波距离，并通过串口显示。
硬件说明
硬件资源：
- 串口UART1
- LH接口（作为普通IO使用）
- HC-SR04超声波测距模块（需自备）
硬件连接：
超声波模块连接LH接口，需要4根杜邦线，连接如下。
GND——GND
VCC——5V（红色），
Trig——D0
Echo——D1
软件生态
X-SOFT软件生态，X-API扩展文件如下。
ax_sr04.c——HC-SR04超声波测距源文件
ax_sr04.h——HC-SR04超声波测距头文件
测量方式采用边沿中断触发，Echo上升沿启动定时器，下降沿获取定时器值作为测量值，代码如下。
void EXTI1_IRQHandler(void) { //确认是否产生了EXTI Line中断 if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line1) != RESET) { if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOD, GPIO_Pin_1) != 0) // 高电平回波 { TIM_Cmd(TIM7, ENABLE); } else { TIM_Cmd(TIM7, DISABLE); sr04_measurement = TIM_GetCounter(TIM7); TIM_SetCounter(TIM7, 0); } } //清除中断标志位 EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line1); } |
定时器周期为1us，sr04_measurement为测量时间值，与距离正比，通过多次实际测量值求得系数。
距离 = sr04_measurement*0.173-4.51 ，模型一次函数，多次实际测量后求得系数，经过实测，测量结果准确。
接口函数
void AX_SR04_Init(void); //SR04超声波测距初始化 void AX_SR04_StartRanging(void); //SR04启动测量 uint32_t AX_SR04_GetDistance(void); //SR04获取距离值 |
软件说明
每隔500ms测量一次，循环测量，结果通过串口显示，主程序如下。
int main(void) { uint32_t temp;
//X-CTR100初始化 AX_Init(115200); printf("***X-CTR100 SR04超声波测距例程***\r\n\r\n");
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置中断优先级分组
//SR04初始化 AX_SR04_Init();
while (1) { //启动测量 AX_SR04_StartRanging(); AX_Delayms(500);
//获取距离值 temp = AX_SR04_GetDistance(); printf("当前距离：%d MM \r\n", temp); } } |
实现效果
测量结果显示如下，与实际距离对比，误差小于1CM。当然超声波的传播速度与温度有关系，如需获得更准确距离，需要进行温度补偿，尤其是远距离测距。