基于CW32模块的SR04超声波测距传感器设计

01 模块来源

模块实物展示：

02 规格参数

工作电压：3-5.5V

工作电流：5.3MA

感应角度：小于15度

探测距离：2CM-600CM

探测精度：0.1CM+1%

输出方式: GPIO

管脚数量：4 Pin

以上信息见厂家资料文件

03 移植过程

我们的目标是将例程移植至CW32F030C8T6开发板上【能够判断前方障碍物距离的功能】。首先要获取资料，查看数据手册应如何实现读取数据，再移植至我们的工程。

3.1 查看资料

只需要在 Trig 管脚（触发信号）输入一个 10US 以上的高电平，系统便可发出 8 个 40KHZ 的超声波脉冲，然后检测回波信号。当检测到回波信号后，通过 Echo 管脚输出。根据 Echo 管脚输出高电平的持续时间可以计算距离值。即距离值为：(高电平时间*340m/s)/2。

  当测量距离超过 HC-SR04 的测量范围时，仍会通过 Echo管脚输出高电平的信号，高电平的宽度约为 66ms。如图所示：

测量周期：当接收到 HC-SR04 通过 Echo 管脚输出的高电平脉冲后，便可进行下一次测量，所以测量周期取决于测量距离，当距离被测物体很近时，Echo 返回的脉冲宽度较窄，测量周期 就很短；当距离被测物体比较远时，Echo 返回的脉冲宽度较宽，测量周期也就相应的变长。最坏情况下，被测物体超出超声波模块的测量范围，此时 返回的脉冲宽度最长，约为 66ms，所以最坏情况下的测量周期稍大于 66ms 即可（取 70ms 足够）。

3.2 引脚选择

接线表

3.3 移植至工程

工程模板参考入门手册的工程模板

移植步骤中的导入.c和.h文件与【CW32模块使用】DHT11温湿度传感器相同，只是将.c和.h文件更改为bsp_ultrasonic.c与bsp_ultrasonic.h。这里不再过多讲述，移植完成后面修改相关代码。

在文件bsp_ultrasonic.c中，编写如下代码。

/*
 * Change Logs:
 * Date           Author       Notes
 * 2024-06-20     LCKFB-LP    first version
 */


#include "bsp_ultrasonic.h"




unsigned char msHcCount = 0;//ms计数
float distance = 0;


/******************************************************************
 * 函 数 名 称：bsp_ultrasonic
 * 函 数 说 明：超声波初始化
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：TRIG引脚负责发送超声波脉冲串
******************************************************************/
void Ultrasonic_Init(void)
{
        GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
        BTIM_TimeBaseInitTypeDef BTIM_TimeBaseInitStruct; // 定时器基本初始化结构体


        RCC_SR04_ENABLE();        // 使能GPIO时钟
        RCC_TIMER_ENABLE(); // 使能定时器时钟


        // GPIO配置参数
        GPIO_InitStructure.Pins = GPIO_TRIG;
        GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; // 推挽输出
        GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;


        GPIO_Init(PORT_SR04, &GPIO_InitStructure);




        GPIO_InitStructure.Pins = GPIO_ECHO;
        GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_INPUT_PULLUP; // 上拉输入


        GPIO_Init(PORT_SR04, &GPIO_InitStructure);


        // 禁止中断，以安全地配置NVIC
        __disable_irq();


        // 开启BTIM1中断，并关联到NVIC
        NVIC_EnableIRQ(TIMER_IRQ);


        // 允许中断，恢复中断状态
        __enable_irq();


        // 配置定时器模式、周期和预分频器
        BTIM_TimeBaseInitStruct.BTIM_Mode = BTIM_Mode_TIMER; // 设置为定时器模式
        BTIM_TimeBaseInitStruct.BTIM_Period = 1000 - 1;   // 设置周期，使得定时器每1ms产生一次溢出中断
        BTIM_TimeBaseInitStruct.BTIM_Prescaler = BTIM_PRS_DIV64; // 预分频器设置为64，以降低时钟频率


    // 使用上述配置初始化定时器BTIM1
        BTIM_TimeBaseInit(PORT_TIMER, &BTIM_TimeBaseInitStruct);


        // 使能BTIM1的溢出中断
        BTIM_ITConfig(PORT_TIMER, BTIM_IT_OV, ENABLE);


//        // 启动定时器BTIM1
//        BTIM_Cmd(PORT_TIMER, ENABLE);




}
/******************************************************************
 * 函 数 名 称：Open_Timer
 * 函 数 说 明：打开定时器
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：
******************************************************************/
void Open_Timer(void)
{
    BTIM_SetCounter(PORT_TIMER, 0);   // 清除定时器计数


    msHcCount = 0;


    BTIM_Cmd(PORT_TIMER, ENABLE);   // 使能定时器
}


/******************************************************************
 * 函 数 名 称：Get_TIMER_Count
 * 函 数 说 明：获取定时器定时时间
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：数据
 * 作       者：LC
 * 备       注：
******************************************************************/
uint32_t Get_TIMER_Count(void)
{
    uint32_t time  = 0;
    time   = msHcCount*1000;              // 得到us
    time  += BTIM_GetCounter(PORT_TIMER); // 得到ms


    BTIM_SetCounter(PORT_TIMER, 0);   // 清除定时器计数
    delay_ms(10);
    return time ;
}


/******************************************************************
 * 函 数 名 称：Close_Timer
 * 函 数 说 明：关闭定时器
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：
******************************************************************/
void Close_Timer(void)
{
        BTIM_Cmd(PORT_TIMER, DISABLE);   // 关闭定时器
}


/******************************************************************
 * 函 数 名 称：TIMER_IRQHandler
 * 函 数 说 明：定时器中断服务函数
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：1ms进入一次
******************************************************************/
void TIMER_IRQHandler(void)
{
    if (BTIM_GetITStatus(CW_BTIM1, BTIM_IT_OV))   // 检查定时器中断发生
    {
                msHcCount++;


        BTIM_ClearITPendingBit(PORT_TIMER, BTIM_IT_OV);  // 清除中断标志
    }
}




/******************************************************************
 * 函 数 名 称：Hcsr04GetLength
 * 函 数 说 明：获取测量距离
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：测量距离
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
float Hcsr04GetLength(void)
{
        /*测5次数据计算一次平均值*/
        float length = 0;
        float t = 0;
        float sum = 0;
        unsigned int  i = 0;
        while(i != 10)
        {


                SR04_TRIG(1);//trig拉高信号，发出高电平
                delay_1us(20);//持续时间超过10us
                SR04_TRIG(0);//trig拉低信号，发出低电平
                /*Echo发出信号 等待回响信号*/
                /*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）；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；*/


                while(SR04_ECHO() == GPIO_Pin_RESET);//echo等待回响


                Open_Timer();   //打开定时器


                i++;


                while(SR04_ECHO() == GPIO_Pin_SET);


                Close_Timer();   // 关闭定时器


                t = Get_TIMER_Count();   // 获取时间,分辨率为1us
                length = (float)t / 58.0f;   // cm
                sum += length;
        }


        length = sum/10;//五次平均值
        distance = length;
        return length;
}

‍

在文件bsp_ultrasonic.h中，编写如下代码。

/*
 * Change Logs:
 * Date           Author       Notes
 * 2024-06-20     LCKFB-LP    first version
 */
#ifndef _BSP_ULTRASONIC_H_
#define _BSP_ULTRASONIC_H_


#include "board.h"


#define RCC_SR04_ENABLE()     __RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()


#define PORT_SR04             CW_GPIOA


#define GPIO_TRIG             GPIO_PIN_1
#define GPIO_ECHO             GPIO_PIN_2


#define RCC_TIMER_ENABLE()    __RCC_BTIM_CLK_ENABLE()
#define PORT_TIMER            CW_BTIM1


#define TIMER_IRQ             BTIM1_IRQn
#define TIMER_IRQHandler      BTIM1_IRQHandler


#define SR04_TRIG(x)          GPIO_WritePin( PORT_SR04, GPIO_TRIG, x?GPIO_Pin_SET:GPIO_Pin_RESET)
#define SR04_ECHO()           GPIO_ReadPin( PORT_SR04, GPIO_ECHO )


void Ultrasonic_Init(void);//超声波初始化
float Hcsr04GetLength(void );//获取超声波测距的距离


#endif

‍04 移植验证

在自己工程中的main主函数中，编写如下。

/*
 * Change Logs:
 * Date           Author       Notes
 * 2024-06-20     LCKFB-LP    first version
 */
#include "board.h"
#include "stdio.h"
#include "bsp_uart.h"
#include "bsp_ultrasonic.h"


int32_t main(void)
{
    board_init();        // 开发板初始化


    uart1_init(115200);        // 串口1波特率115200


    Ultrasonic_Init();
    printf("Start.......
");


    while(1)
    {
        printf((const char *)"距离为 = %.2fCM
",Hcsr04GetLength() );
        delay_ms(500);
    }
}

移植现象：距离20CM处摆放障碍物，输出换算后的实际距离。