4.9 (HC-SR04)超声波测距模块

4.9.1 超声波模块实物图

实验板上没有超声波测距模块，这里采用外接模块的形式使用。

图4-9-1

图4-9-2

超声波模块GPIO口功能介绍：

(1)、VCC供5V 电源

(2)、GND 为地线

(3)、TRIG 触发控制信号输入

(4)、ECHO 回响信号输出

4.9.2 超声波模块功能与工作原理介绍

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)、单片机控制超声波的TRIG 口至少给10us的高电平信号，触发测距;

(2)、模块会自动发送8个 40khz 的方波， 并自动检测是否有信号返回；

(3)、有信号返回， 模块会通过 ECHO 口输出一个高电平， 高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。 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）

图4-9-3 模块电气参数 

图4-9-4 时序图

以上时序图表明，单片机只需要提供一个 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，模块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  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。

4.9.3 超声波测距示例代码

当前使用的实验板上没有超声波模块，当前采用外接模块的形式与实验板进行连接。

超声波模块型号是：HC-SR04。

由于当前51单片机(STC90C51)的中断没法配置成上升沿触发，主程序里采用阻塞判断的方式等待测距结束，使用定时器0记录经过的时间，定时器0开启了溢出中断，在中断里使用变量记录中断溢出的次数。当测距结束时，通过定时器的溢出次数和当前定时器的值得到记录的时间，计算测量的距离，最终将测量的距离通过串口打印到电脑终端查看。

(当前使用的测距模块最大测量的距离是4米，16位定时器完全足够计数，可以不用开启定时器溢出中断，下面程序设计的思路比较通用，如果其他测距模块测量的距离更加远，也可以使用)

图4-9-5 实物图

(硬件平台说明：CPU是STC90C516RD 、晶振频率12MHZ 、工作在12T模式下、一个机器周期为1us时间)

示例代码:

#include <reg51.h>
sbit ECHO=P1^0;  //超声波的回响信号输出脚
sbit TRIG=P1^1;  //触发超声波测距的引脚
u32 timt0_cnt=0; //记录定时器0溢出的次数
u16 time_val=0;
float distance=0.0; //保存测量的距离
void Timer0_16bit_Init(u16 us);
void DelayMs(u32 ms);
void delay20us(void);
int main()
{
    ECHO=0;  
    TRIG=0;
    UART_Init(); //初始化串口波特率为4800
    while(1)
    {
        TRIG=1;//触发测距
        delay20us(); //延时20us
        TRIG=0;          //停止触发
        while(ECHO==0){} //等待回响信号返回
        Timer0_16bit_Init(65535); //初始化定时器0，并开始计数
        while(ECHO==1){} //等待回响信号结束
        TR0=0;           //关闭定时器0
        time_val=(TH0<<8|TL0)+timt0_cnt*65535; //计算时间
        distance=time_val/58.0; //得到距离。单位是厘米
        printf("distance=%f CM\r\n",distance);
        timt0_cnt=0; //溢出次数清零  
        DelayMs(1000); //延时1秒
    }
}

u16 T0_Update_data;//定时器0的初始值
void Timer0_16bit_Init(u16 us)
{   
    //当前实验板上的晶振实际频率为: 12MHZ
    u16 val=us/(12/12); //得到计数的时间,只要整数部分
    T0_Update_data=65535-val; //得到重装载值
    TMOD&=0xF0;     //清除配置
    TMOD|=0x01;     //配置定时器0工作在16位定时器模式
    TH0=T0_Update_data>>8; //定时器0高位重装值
    TL0=T0_Update_data;    //定时器0低位重装值
    TR0=1;          //开启定时器0
}

extern timt0_cnt; //记录定时器0的溢出次数
//定时器0的重装值更新函数
void Timer0_Update(void)
{
    TH0=T0_Update_data>>8; //定时器0高位重装值
    TL0=T0_Update_data;    //定时器0低位重装值
    timt0_cnt++;           //记录定时器0的溢出次数
}

void DelayMs(u32 ms)
{
    u32 i;
    u8 a,b;
    for(i=0;i<ms;i++)
    {
    for(b=199;b>0;b--)
         for(a=1;a>0;a--);
    }
}
void delay20us(void)   //误差 0us
{
    unsigned char a,b;
    for(b=1;b>0;b--)
        for(a=7;a>0;a--);
}

 

图4-9-6 测量的距离