stm32f103+HC-SR04+ssd1306实现超声波测距

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前言

如果你经常做一些嵌入式设备，HC-SR04应该不陌生，一款便宜简单的超声波测距装置，可以应用在智能小车测距壁障，航模飞行器定高等。这篇文章简单讲解，通过一个示例来揉和。

硬件模块：

1. stm32f103
2. HC-SR04
3. oled 0.96寸显示屏

HC-SR04讲解

工作原理：

1. 发射器：HC-SR04模块的发射器会发射一系列的超声波脉冲信号。
2. 接收器：当超声波信号遇到物体并被反射回来时，HC-SR04模块的接收器会接收到反射的超声波信号。
3. 时间测量：HC-SR04模块通过测量从发送到接收超声波信号的时间差来计算距离。

基本结构：

1. 发射器（Transmitter）：发射高频超声波脉冲信号。
2. 接收器（Receiver）：接收反射回来的超声波信号。
3. 控制电路（Control Circuit）：控制发射和接收的时序，并计算距离。
4. 超声波传感器（Ultrasonic Sensor）：包含发射器和接收器。

使用步骤：

1. 设置引脚：将HC-SR04模块的Trig引脚连接到单片机的一个GPIO输出引脚，将Echo引脚连接到单片机的一个GPIO输入引脚。
2. 发射信号：通过将Trig引脚设置为高电平，持续10微秒，然后再将其拉低，来触发模块发射超声波信号。
3. 接收信号：开始计时，等待Echo引脚由低电平变为高电平，记录时间。
4. 计算距离：根据时间差和声速的关系，计算出测量到的距离。

接口：
VCC供5V电源，GND为地线，TRIG触发控制信号输入，ECHO回响信号

时序触发图：

不难看出，先触发唤醒，然后其自动发射，8个40kHz脉冲，用定时器来获取其来回的时间，除以2就是其距离。

代码编程

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "ssd1306.h"

#define TRIG_PIN GPIO_PIN_0
#define ECHO_PIN GPIO_PIN_1
#define TRIG_PORT GPIOA
#define ECHO_PORT GPIOA

uint32_t distance = 0;
char display_buffer[16];

void SystemClock_Config(void);
void GPIO_Init(void);
void I2C_Init(void);
void Ultrasonic_Init(void);
void Ultrasonic_MeasureDistance(void);
void OLED_DisplayDistance(void);
void HAL_SYSTICK_Callback(void);

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    GPIO_Init();
    I2C_Init();
    Ultrasonic_Init();
    ssd1306_Init();

    while (1)
    {
        Ultrasonic_MeasureDistance();
        OLED_DisplayDistance();
        HAL_Delay(1000);
    }
}

void SystemClock_Config(void)
{
    RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct;
    RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct;

    __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
    __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);

    RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
    RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
    RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_NONE;
    if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }

    RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
    RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_HSI;
    RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
    RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
    RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
    if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_0) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }

    HAL_SYSTICK_Config(HAL_RCC_GetHCLKFreq()/1000);
    HAL_SYSTICK_CLKSourceConfig(SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK);

    HAL_NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 0, 0);
}

void GPIO_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

    GPIO_InitStruct.Pin = TRIG_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(TRIG_PORT, &GPIO_InitStruct);

    GPIO_InitStruct.Pin = ECHO_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLDOWN;
    HAL_GPIO_Init(ECHO_PORT, &GPIO_InitStruct);
}

void I2C_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_AFIO_CLK_ENABLE();

    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_OD;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

    __HAL_AFIO_REMAP_I2C1_ENABLE();

    __HAL_RCC_I2C1_CLK_ENABLE();

    I2C_HandleTypeDef hi2c1;
    hi2c1.Instance = I2C1;
    hi2c1.Init.ClockSpeed = 400000;
    hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
    hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;
    hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
    hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
    hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;
    hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
    hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
    if (HAL_I2C_Init(&hi2c1) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }

    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_11;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
}

void Ultrasonic_Init(void)
{
    // 配置超声波传感器
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

    GPIO_InitStruct.Pin = TRIG_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(TRIG_PORT, &GPIO_InitStruct);

    GPIO_InitStruct.Pin = ECHO_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLDOWN;
    HAL_GPIO_Init(ECHO_PORT, &GPIO_InitStruct);
}

void Ultrasonic_MeasureDistance(void)
{
    HAL_GPIO_WritePin(TRIG_PORT, TRIG_PIN, GPIO_PIN_SET);
    HAL_Delay(10);
    HAL_GPIO_WritePin(TRIG_PORT, TRIG_PIN, GPIO_PIN_RESET);

    while (HAL_GPIO_ReadPin(ECHO_PORT, ECHO_PIN) == GPIO_PIN_RESET);
    uint32_t start = HAL_GetTick();
    while (HAL_GPIO_ReadPin(ECHO_PORT, ECHO_PIN) == GPIO_PIN_SET);
    uint32_t end = HAL_GetTick();

    distance = (end - start) * 0.034 / 2;
}

void OLED_DisplayDistance(void)
{
    sprintf(display_buffer, "%d cm", distance);

    ssd1306_Fill(Black);
    ssd1306_SetCursor(25, 25);
    ssd1306_WriteString(display_buffer, Font_11x18, White);
    ssd1306_UpdateScreen();
}

void HAL_SYSTICK_Callback(void)
{
    HAL_IncTick();
}
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