8.3.5 超声波测距设计

8.3.5超声波测距设计利用超声波传感器，来测量嵌入式智能车与障碍物之间的距离，完成嵌入式智能车具有避障功能的设计。1.超声波测距原理超声波测距是通过超声波发射装置，发出超声波与接收器接收到超声波的时间差，来获得距离。超声波测距设计超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波则立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为V，计时器记录并计算发射和接收回波的时间差△t，这样就可以计算出发射点到障碍物的距离S，计算公式如下：S=V·△t/2超声波测距原理由于超声波也是一种声波，其声速V与温度有关。声速与温度关系如表所示。表中列出了几种不同温度下的声速。常温下超声波的传播速度是334米/秒，如果温度变化不大，则可以认为声速是基本不变的。温度（°C）-30-20-100102030100声速（m/s）313319325332338344349386超声波测距原理超声波的传播速度V易受到空气中温度、湿度、压强等因素的影响，其中受温度的影响较大。温度每升高1°C，声速就增加约0.6米/秒。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。已知现场环境温度T时，超声波传播速度V的计算公式为：V=331.45+0.607*T声速确定后，再测得超声波往返的时间，即可求得距离。这就是超声波测距的原理。超声波测距原理在嵌入式智能车的超声波测距电路中，PB4引脚是发送超声波、PA15引脚是超声波中断输入引脚。超声波的ultrasonic.h头文件代码如下：#ifndef__ULTRASONIC_H#define__ULTRASONIC_H#include"stm32f4xx.h"#include"sys.h"#defineINCPAout(15)voidUltrasonic_Init(void);voidUltrasonic_Ranging(void);extern

uint16_tdis;#endif编写ultrasonic.h头文件超声波的ultrasonic.c文件代码如下：编写ultrasonic.c文件#include"stm32f4xx.h"#include"ultrasonic.h"#include"delay.h"#include"cba.h"floatUltrasonic_Value=0;

//读回值uint32_tUltrasonic_Num=0;//计数值uint16_tdis=0;

//距离计算值voidUltrasonic_Port(void){

GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;

RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA|RCC_AHB1Periph_GPIOB,ENABLE);

GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource14,GPIO_AF_SWJ);

GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource13,GPIO_AF_SWJ);

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_15;//GPIOA15---INC--RX

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_OUT;

GPIO_InitStructure.GPIO_OType=GPIO_OType_PP;//推挽输出

GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd=GPIO_PuPd_UP;

//上拉

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_100MHz;

GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_4;//GPIOB4---INT0--TX

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN;

GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd=GPIO_PuPd_UP;//上拉输入

GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);}/*定时器6中断初始化。arr：自动重装值，psc：时钟预分频数*/voidUltrasonic_TIM(uint16_tarr,uint16_tpsc){

TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM_InitStructure;

NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStructure;

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM6,ENABLE);//TIM6时钟使能

TIM_InitStructure.TIM_Period=arr;

TIM_InitStructure.TIM_Prescaler=psc;

TIM_InitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;

//向上计数模式

TIM_TimeBaseInit(TIM6,&TIM_InitStructure);

//初始化定时器6

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=TIM6_DAC_IRQn;

//TIM6_DAC_IRQn中断

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0;//抢占优先级0级

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=8;

//响应优先级8级

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;

//IRQ通道被使能

NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

//初始化NVIC

TIM_ITConfig(TIM6,TIM_IT_Update,ENABLE);

//允许更新中断

TIM_Cmd(TIM6,DISABLE);

//TIM6停止}编写ultrasonic.c文件/*外部中断初始化*/voidUltrasonic_EXTI(){

EXTI_InitTypeDefEXTI_InitStructure;

NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStructure;

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SYSCFG,ENABLE);

SYSCFG_EXTILineConfig(EXTI_PortSourceGPIOB,EXTI_PinSource4);

EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line4;

//将中断映射到中断线EXTI4上

EXTI_InitStructure.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt;

//设置为中断模式

EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Falling;//设置为下降沿触发

EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd=ENABLE;

//中断使能

EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=EXTI4_IRQn;

//EXTI4_IRQn中断

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0;//抢占优先级0级

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=7;

//响应优先级7级

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;

NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);//中断优先级初始化}编写ultrasonic.c文件/*超声波初始化*/voidUltrasonic_Init(void){

Ultrasonic_Port();

//超声波硬件端口初始化

Ultrasonic_TIM(9,83);//超声波计数定时器初始化，定时时间约为10μs

Ultrasonic_EXTI();

//超声波接收引脚中断初始化}/*超声波测距*/voidUltrasonic_Ranging(){

INC=1;

delay_us(3);

INC=0;

//INC（PA15）为低电平，发送超声波信号

TIM_Cmd(TIM6,ENABLE);

//开定时器6

TIM_ClearITPendingBit(TIM6,TIM_IT_Update);//清除定时器6中断标志位

Ultrasonic_Num=0;

//定时计数器清零

delay_ms(30);

//等待一段时间，等待发送超声波控制信号完成

INC=1;

delay_ms(5);

TIM_Cmd(TIM6,DISABLE);//关定时器6}编写ultrasonic.c文件voidTIM6_DAC_IRQHandler(){

if(TIM_GetITStatus(TIM6,TIM_IT_Update)==SET)//判断定时器6是否产生中断

{

Ultrasonic_Num++;//定时计数器加1（每次加1之间间隔是10μs）

}

TIM_ClearITPendingBit(TIM6,TIM_IT_Update);//清除定时器6中断标志位}voidEXTI4_IRQHandler(void){

if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line4)==SET)

{

if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_4)==RESET)

{

TIM_Cmd(TIM6,DISABLE);//关定时器6

Ultrasonic_Value=(float)Ultrasonic_Num;

Ultrasonic_Value=(float)Ultrasonic_Value*1.72f-20.0f;

//计算距离。S=Vt/2，减20是误差补偿

dis=(uint16_t)Ultrasonic_Value;

//返回超声波测得距离，单位是mm

}

EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line4);//清除LIN