stm32f103 HAL库 HC-SR04测距

news2024/11/26 13:28:48

目录

  • 一、实现测距
  • 二、添加TIM3控制LED根据距离以不同频率闪烁
  • 三、观察时序
  • Modebus协议
  • 12路超声波雷达设计方案
      • 1. 系统架构设计
      • 2. 硬件设计
      • 3. 软件设计
      • 4. 通信协议设计
      • 5. 用户接口
      • 6. 安全和冗余
      • 7. 测试和验证
      • 8. 电源和物理封装
      • 9. 文档和支持

一、实现测距

配置时钟
在这里插入图片描述
配置定时器
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

GPIO口
在这里插入图片描述

配置串口
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

#include "SR04.h"
 
uint32_t measure_Buf[3] = {0};   //存放定时器计数值的数组
uint8_t  measure_Cnt = 0;    //状态标志位
uint32_t high_time;   //超声波模块返回的高电平时间
float distant;      //测量距离
 
//===============================================读取距离
void SR04_GetData(void)
{
switch (measure_Cnt){
	case 0:
         TRIG_H;
         delay_us(30);
         TRIG_L;
    
		measure_Cnt++;
		__HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim2, TIM_CHANNEL_1, TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING);
		HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_1);	//启动输入捕获       或者: __HAL_TIM_ENABLE(&htim5);                                                                                    		
        break;
	case 3:
		high_time = measure_Buf[1]- measure_Buf[0];    //高电平时间
         printf("\r\n----高电平时间-%d-us----\r\n",high_time);							
		distant=(high_time*0.034)/2;  //单位cm
        printf("\r\n-检测距离为-%.2f-cm-\r\n",distant);          
		measure_Cnt = 0;  //清空标志位
        TIM2->CNT=0;     //清空计时器计数
		break;
				
	}
}
 
 
//===============================================us延时函数
    void delay_us(uint32_t us)//主频72M
{
    uint32_t delay = (HAL_RCC_GetHCLKFreq() / 4000000 * us);
    while (delay--)
	{
		;
	}
}
 
//===============================================中断回调函数
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)//
{
	
	if(TIM2 == htim->Instance)// 判断触发的中断的定时器为TIM2
	{
		switch(measure_Cnt){
			case 1:
				measure_Buf[0] = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim2,TIM_CHANNEL_1);//获取当前的捕获值.
				__HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim2,TIM_CHANNEL_1,TIM_ICPOLARITY_FALLING);  //设置为下降沿捕获
				measure_Cnt++;                                            
				break;              
			case 2:
				measure_Buf[1] = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim2,TIM_CHANNEL_1);//获取当前的捕获值.
				HAL_TIM_IC_Stop_IT(&htim2,TIM_CHANNEL_1); //停止捕获   或者: __HAL_TIM_DISABLE(&htim5);
				measure_Cnt++;  
                         
		}
	
	}
	
}

二、添加TIM3控制LED根据距离以不同频率闪烁

这里我只设置了两个速度，小于10cm时0.2间隔闪烁，大于10cm时0.5s间隔闪烁

在这里插入图片描述
主要代码实现
头文件

#ifndef __SR04_H
#define __SR04_H
#include "main.h"
#include "tim.h"
#include "stdio.h"
 
#define TRIG_H  HAL_GPIO_WritePin(Trig_GPIO_Port,Trig_Pin,GPIO_PIN_SET)
#define TRIG_L  HAL_GPIO_WritePin(Trig_GPIO_Port,Trig_Pin,GPIO_PIN_RESET)

extern float distant;      //测量距离

void delay_us(uint32_t us);
void SR04_GetData(void);
 
#endif


void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	if(htim->Instance == TIM3)
	{
        // 切换LED状态
         HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_13);
    }
 
}

int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_TIM2_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_TIM3_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
	__HAL_TIM_CLEAR_IT(&htim3, TIM_IT_UPDATE);
	HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);	
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
	  //printf("\r\n----高电平时间--us----\r\n");							
		  SR04_GetData();
		if (distant < 10.0f) {
			// distant小于5，设置定时器周期为0.2秒
			__HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim3, 25000 - 1);//(uint32_t)(SystemCoreClock / 2) / 1000); // 假设系统时钟为SystemCoreClock
		} else {
			// distant大于等于5，设置定时器周期为0.5秒
			__HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim3, 50000-1);
		}

		// 重新启动定时器
		HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);
		HAL_Delay(1500);
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

三、观察时序

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
延时30us左右和代码中匹配
在这里插入图片描述

Modebus协议

Modbus协议是一种串行通信协议，最初由Modicon公司（现在的施耐德电气Schneider Electric）在1979年发表，用于可编程逻辑控制器（PLC）之间的通信。它已经成为工业领域通信协议的业界标准，并且是工业电子设备之间常用的连接方式。Modbus协议的主要特点包括公开发表、无版权要求、易于部署和维护，以及对供应商来说，修改移动本地的比特或字节没有很多限制。

Modbus协议允许多个设备（大约240个）连接在同一个网络上进行通信，例如，一个测量温度和湿度的设备，并将结果发送给计算机。在数据采集与监视控制系统（SCADA）中，Modbus通常用来连接监控计算机和远程终端控制系统（RTU）。Modbus协议存在用于串口、以太网以及其他支持互联网协议的网络的版本。大多数Modbus设备通信通过串口EIA-485物理层进行。

Modbus协议有两种主要的串行通信变体：Modbus RTU和Modbus ASCII。Modbus RTU采用二进制表示数据，而Modbus ASCII则是人类可读的、冗长的表示方式。RTU格式的命令/数据带有循环冗余校验（CRC）的校验和，而ASCII格式采用纵向冗余校验的校验和。Modbus Plus是Modbus的一个扩展版本，但是它是Modicon专有的，和Modbus不同。

Modbus协议采用master/slave架构，其中一个节点是master节点，其他节点是slave节点，每个slave设备都有一个唯一的地址。在串行和Modbus Plus网络中，只有被指定为主节点的节点可以启动命令，在以太网上，任何一个设备都能发送Modbus命令，但通常也只有一个主节点设备启动指令。

Modbus命令包含了执行操作的设备的Modbus地址，所有设备都会收到命令，但只有指定地址的设备会执行及回应指令。Modbus命令还包括检查码，以确保命令在传输过程中没有被破坏。基本的ModBus命令可以指令一个RTU改变寄存器的值、控制或读取I/O端口，以及指挥设备回送其寄存器中的数据。

Modbus协议是应用层报文传输协议，定义了一个与物理层无关的协议数据单元（PDU），PDU由功能码和数据域组成，功能码为1字节，数据域长度不固定。Modbus RTU协议允许PLC和计算机之间通过串行线路交换信息，并在建筑管理系统（BMS）和工业自动化系统中得到广泛应用。Modbus TCP是设计用于通过TCP/IP堆栈传输Modbus帧的协议，通常通过以太网物理层传输。Modbus最初作为串行层传输数据的应用级协议，现在也可以通过TCP/IP和UDP实现。

12路超声波雷达设计方案

设计一款12路车载超声波雷达系统，使用STM32F103微控制器和HC-SR04超声波传感器模块，同时提供RS485和Modbus协议的接口，需要考虑以下几个关键方面：

1. 系统架构设计

  • 主控制器：选择STM32F103系列微控制器作为主控单元，因为它具有足够的GPIO、定时器和通信接口。
  • 传感器模块：每个HC-SR04模块负责一个方向的测距，共需要12个。

2. 硬件设计

  • GPIO配置：为每个HC-SR04配置一对GPIO用于TRIG和ECHO信号。
  • 定时器：使用STM32的定时器来精确测量HC-SR04的回波时间。
  • RS485通信：使用STM32的USART接口配置为RS485，以实现数据的串行通信。
  • Modbus协议栈：集成Modbus协议栈来处理Modbus RTU或TCP通信。
  • 电源管理：确保系统有稳定的电源供应，并考虑电源防反接和过压保护。
  • 物理布局：合理布局12个传感器，确保覆盖车辆周围所有必要的监测区域。

3. 软件设计

  • 驱动程序：编写HC-SR04超声波传感器的驱动程序，实现距离测量。
  • Modbus协议实现：实现Modbus RTU协议，处理功能码，响应数据读取和写入请求。
  • RS485通信：实现RS485通信接口，确保数据传输的可靠性。
  • 任务调度：设计任务调度程序，合理分配CPU时间给各个传感器的测量任务。
  • 数据融合：设计算法对12路传感器数据进行融合处理，提供更准确的车辆周围环境信息。

4. 通信协议设计

  • Modbus功能码：定义Modbus功能码，实现对每个传感器的独立控制和数据读取。
  • 数据帧格式：设计Modbus数据帧格式，包括设备地址、功能码、数据寄存器地址、数据长度和校验等。

5. 用户接口

  • 配置界面：提供一种方式（如串口命令行、图形界面等）来配置设备参数，例如传感器校准、Modbus地址等。

6. 安全和冗余

  • 故障检测：实现故障检测机制，当某个传感器失效时能够及时报警。
  • 数据校验：确保所有通信数据都有校验机制，如CRC校验。

7. 测试和验证

  • 单元测试：对每个模块进行单元测试，确保其功能正确。
  • 集成测试：进行系统集成测试，确保所有模块协同工作正常。
  • 环境测试：在实际车辆上进行测试，验证系统在不同环境下的性能。

8. 电源和物理封装

  • 电源设计：设计合适的电源方案，包括电源转换和稳压。
  • 封装设计：设计适合车载环境的封装，确保系统的稳定性和耐用性。

9. 文档和支持

  • 用户手册：提供详细的用户手册，包括安装、配置和故障排除指南。
  • 开发文档：为二次开发提供API文档和开发指南。

这个设计方案提供了一个基本的框架，具体实现时还需要根据实际需求和环境进行调整和优化。

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