基于STM32F407的超声波定位装置（利用超声波测距原理）
学校的课设，历时五周，总算做出了一点东西，现在给大家分享一下，也算给这个课设做一个最后的总结，第一次写，写得可能不好，请大家谅解。
先说一下课设所用的器材吧，本次设计主要用到了两个无刷直流电机，两块STM32F407ZGT6的板子，两个超声波模块和一个OLED显示屏。
本次设计所用超声波模块型号为HC-SR04，和HY-SRF05 至于为什么会用两个不同型号的超声波模块，嗯。。。。因为设计做到后面才发现要用到两个超声波模块，然后再到淘宝上买已经来不及了，只能去实验室借一块过来，实验室借的是HC-SR04，我自己买的是HY-SRF05，不过，超声波模块的型号是否一样是不影响实验结果的，因为所有的超声波模块它们的原理都一样，给trig引脚一个大于10us的TTL脉冲，超声波模块自动会循环发出8个40KHz的脉冲，这里我是给它一个PWM波，（之前找资料的时候发现有一些是直接给trig引脚一个大于10us的高电平，这个方法我试过，不过没有成功。）然后用输入捕获去获取echo引脚的高电平时间，获取的高电平时间可以在串口助手上看到。HY-SRF05型号的超声波模块虽然有5个引脚，但实验时真正用到的引脚实际只有4个，和HC-SR04一样，HY-SRF05多出来的那个OUT引脚资料上是显示可以当报警模块使用。
0.96寸OLED屏
下面是设计所用无刷直流电机的图，左边那两个大铁盒子是24V的电源，用来驱动BLD-120A驱动器工作的电机驱动器，型号为BLD-120A
接下来说一下方案吧，因为做的是超声波定位，所以最终我们要得到的是所测目标的坐标，超声波模块只能得到距离，所以我们要想个办法把距离转换成坐标。
欲确定平面某一物品C(X,Y)的坐标，如图所示。A、B为两个超声波模块，a、b为超声波模块的距离。已知A（0，0）、B（C，0）。则有：
cos∠ A= (bb+cc-a*a)/(2bc)
A=arcos ∠A
X=bcos ∠A，Y=bsin ∠A
故只要用测出a、b的长度，便可以确定该物品的位置。即我们固定两个超声波模块的位置，这就是我们要用到两个电机的原因，因为超声波模块的测量角度只有15度，要想测量整个平面的位置坐标，我们就要让超声波模块能够360度转起来，电机的作用就是这个，组装的时候我们在电机的轴上固定一块木板，然后将超声波模块固定在木板上，这样，装置的模型就出来了。
下面给大家说一下程序吧，设计总共用了两块STM32F4的板子，一块用来控制两个电机的转动，一块用来控制两个超声波模块和OLED屏，这里说一下控制超声波模块的程序，两路PWM波和两路输入捕获以及主程序。
两路PWM波程序
void TIM14_PWM_Init(u32 arr,u32 psc)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM14,ENABLE); //TIM14时钟使能
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF, ENABLE); //使能PORTF时钟
GPIO_PinAFConfig(GPIOF,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_TIM14); //GPIOF9复用位定时器14
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //GPIOF9
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;//复用功能
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz; //速度100MHz
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推挽复用输出
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; //上拉
GPIO_Init(GPIOF,&GPIO_InitStructure); //初始化PF9
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=psc; //定时器分频
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; //向上计数模式
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=arr; //自动重装载值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInit(TIM14,&TIM_TimeBaseStructure);
//初始化TIM14 Channel1 PWM模式
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式1
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low; //输出极性:TIM输出比较极性低
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=0;
TIM_OC1Init(TIM14, &TIM_OCInitStructure); //根据T指定的参数初始化外设TIM14 OC1
TIM_OC1PreloadConfig(TIM14, TIM_OCPreload_Enable); //使能TIM14在CCR1上的预装载寄存器
TIM_ARRPreloadConfig(TIM14,ENABLE);
TIM_Cmd(TIM14, ENABLE); //使能TIM14
}
void TIM13_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM13,ENABLE); //TIM13时钟使能
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF, ENABLE); //使能PORTF时钟
GPIO_PinAFConfig(GPIOF,GPIO_PinSource8,GPIO_AF_TIM13); //GPIOF8复用位定时器13
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8; //GPIOF8
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;//复用功能
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz; //速度100MHz
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推挽复用输出
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; //上拉
GPIO_Init(GPIOF,&GPIO_InitStructure); //初始化PF8
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=psc; //定时器分频
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; //向上计数模式
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=arr; //自动重装载值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInit(TIM13,&TIM_TimeBaseStructure);
//初始化TIM13 Channel1 PWM模式
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式1
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low; //输出极性:TIM输出比较极性高
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=0;
TIM_OC1Init(TIM13, &TIM_OCInitStructure); //根据T指定的参数初始化外设TIM13 OC1
TIM_OC1PreloadConfig(TIM13, TIM_OCPreload_Enable); //使能TIM13在CCR1上的预装载寄存器
TIM_ARRPreloadConfig(TIM13,ENABLE);
TIM_Cmd(TIM13, ENABLE); //使能TIM13
}
两路输入捕获程序
//定时器5通道1和通道2输入捕获配置
//arr：自动重装值(TIM2,TIM5是32位的!!)
//psc：时钟预分频数
void TIM5_CH1_Cap_Init(u32 arr,u16 psc)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
TIM_ICInitTypeDef TIM5_ICInitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5,ENABLE); //TIM5时钟使能
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE); //使能PORTA时钟
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1; //GPIOA0，GPIOA1
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;//复用功能
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz; //速度100MHz
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推挽复用输出
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_DOWN; //下拉
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); //初始化PA0
GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource0,GPIO_AF_TIM5); //PA0复用位定时器5
GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource1,GPIO_AF_TIM5); //PA1复用位定时器5
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=psc; //定时器分频
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; //向上计数模式
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=arr; //自动重装载值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1; //设置时钟分割：TDTS=Tck_tim
TIM_TimeBaseInit(TIM5,&TIM_TimeBaseStructure); //按照指定的参数初始化TIM
//初始化TIM5通道1输入捕获参数
TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1; //CC1S=01 选择输入端 IC1映射到TI1上
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising; //上升沿捕获
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; //映射到TI1上
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1; //配置输入分频,不分频
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x00;//IC1F=0000 配置输入滤波器 不滤波
TIM_ICInit(TIM5, &TIM5_ICInitStructure);
//初始化TIM5通道2输入捕获参数
TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_2; //CC1S=01 选择输入端 IC1映射到TI1上
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising; //上升沿捕获
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; //映射到TI1上
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1; //配置输入分频,不分频
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x00;//IC1F=0000 配置输入滤波器 不滤波
TIM_ICInit(TIM5, &TIM5_ICInitStructure);
TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1|TIM_IT_CC2,ENABLE);//允许更新中断 ,允许CC1IE捕获中断
TIM_Cmd(TIM5,ENABLE ); //使能定时器5
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM5_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2;//抢占优先级3
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =0; //子优先级0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据指定的参数初始化VIC寄存器、
}
定时器5中断服务程序
//捕获状态
//[7]:0,没有成功的捕获;1,成功捕获到一次.
//[6]:0,还没捕获到低电平;1,已经捕获到低电平了.
//[5:0]:捕获低电平后溢出的次数(对于32位定时器来说,1us计数器加1,溢出时间:4294秒)
u8 TIM5CH1_CAPTURE_STA=0; //输入捕获状态
u32 TIM5CH1_CAPTURE_VAL; //输入捕获值(TIM2/TIM5是32位)
u8 TIM5CH2_CAPTURE_STA=0; //输入捕获状态
u32 TIM5CH2_CAPTURE_VAL; //输入捕获值(TIM2/TIM5是32位)
//定时器5中断服务程序
void TIM5_IRQHandler(void)
{
//TIM5通道1
if((TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80)==0)//还未成功捕获
{
if(TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_Update) != RESET)//溢出
{
if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X40)//已经捕获到高电平了
{
if((TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F)==0X3F)//高电平太长了
{
TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80; //标记成功捕获了一次
TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0XFFFFFFFF;
}else TIM5CH1_CAPTURE_STA++;
}
}
if(TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC1) != RESET)//捕获1发生捕获事件
{
if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X40) //捕获到一个下降沿
{
TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80; //标记成功捕获到一次高电平脉宽
TIM5CH1_CAPTURE_VAL=TIM_GetCapture1(TIM5);//获取当前的捕获值.
TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Rising); //CC1P=0 设置为上升沿捕获
}else //还未开始,第一次捕获上升沿
{
TIM5CH1_CAPTURE_STA=0; //清空
TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0;
TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X40; //标记捕获到了上升沿
TIM_Cmd(TIM5,DISABLE ); //关闭定时器5
TIM_SetCounter(TIM5,0);
TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Falling); //CC1P=1 设置为下降沿捕获
TIM_Cmd(TIM5,ENABLE ); //使能定时器5
}
}
}
//TIM5通道2
if((TIM5CH2_CAPTURE_STA&0X80)==0)//还未成功捕获
{
if(TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_Update) != RESET)//溢出
{
if(TIM5CH2_CAPTURE_STA&0X40)//已经捕获到高电平了
{
if((TIM5CH2_CAPTURE_STA&0X3F)==0X3F)//高电平太长了
{
TIM5CH2_CAPTURE_STA|=0X80; //标记成功捕获了一次
TIM5CH2_CAPTURE_VAL=0XFFFFFFFF;
}else TIM5CH2_CAPTURE_STA++;
}
}
if(TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC2) != RESET)//捕获2发生捕获事件
{
if(TIM5CH2_CAPTURE_STA&0X40) //捕获到一个下降沿
{
TIM5CH2_CAPTURE_STA|=0X80; //标记成功捕获到一次高电平脉宽
TIM5CH2_CAPTURE_VAL=TIM_GetCapture2(TIM5);//获取当前的捕获值.
TIM_OC2PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Rising); //CC1P=0 设置为上升沿捕获
}else //还未开始,第一次捕获上升沿
{
TIM5CH2_CAPTURE_STA=0; //清空
TIM5CH2_CAPTURE_VAL=0;
TIM5CH2_CAPTURE_STA|=0X40; //标记捕获到了上升沿
TIM_Cmd(TIM5,DISABLE ); //关闭定时器5
TIM_SetCounter(TIM5,0);
TIM_OC2PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Falling); //CC1P=1 设置为下降沿捕获
TIM_Cmd(TIM5,ENABLE ); //使能定时器5
}
}
}
TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update|TIM_IT_CC2); //清除中断标志位
}
下面是主程序
extern u8 TIM5CH1_CAPTURE_STA,TIM5CH2_CAPTURE_STA; //输入捕获状态
extern u32 TIM5CH1_CAPTURE_VAL,TIM5CH2_CAPTURE_VAL; //输入捕获值
int main(void)
{ long long s;
long long temp=0;
long long s1;
long long temp1=0;
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组2
delay_init(168); //初始化延时函数
uart_init(115200);//初始化串口波特率为115200
OLED_Init(); //OLED屏初始化
TIM14_PWM_Init(1000-1,84-1); //84M/84=1Mhz的计数频率计数到500,PWM频率为1M/500=1Khz
TIM13_PWM_Init(1000-1,84-1);
TIM5_CH1_Cap_Init(0XFFFFFFFF,84-1); //以1Mhz的频率计数
while(1)
{
OLED_Clear();
delay_ms(10);
TIM_SetCompare1(TIM14,TIM_GetCapture1(TIM14)+1);
if(TIM_GetCapture1(TIM14)==10)
TIM_SetCompare1(TIM14,0);
TIM_SetCompare1(TIM13,TIM_GetCapture1(TIM13)+1);
if(TIM_GetCapture1(TIM13)==10)
TIM_SetCompare1(TIM13,0);
if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80) //成功捕获到了一次高电平
{
temp=TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F;
temp*=0XFFFFFFFF; //溢出时间总和
temp+=TIM5CH1_CAPTURE_VAL; //得到总的高电平时间
s=temp/2.0*340.0*100*0.000001;
printf("diatance:%lld cm\r\n",s); //打印总的高点平时间
TIM5CH1_CAPTURE_STA=0; //开启下一次捕获
}
OLED_ShowNum(103,6,s,3,16); //将距离显示在OLED屏上
if(TIM5CH2_CAPTURE_STA&0X80) //成功捕获到了一次高电平
{
temp1=TIM5CH2_CAPTURE_STA&0X3F;
temp1*=0XFFFFFFFF; //溢出时间总和
temp1+=TIM5CH2_CAPTURE_VAL; //得到总的高电平时间
s1=temp1/2.0*340.0*100*0.000001;
printf("diatance1:%lld cm\r\n",s1); //打印总的高点平时间
TIM5CH2_CAPTURE_STA=0; //开启下一次捕获
}
OLED_ShowNum(103,4,s1,3,16); //将距离显示在超声波模块上
delay_ms(200);
}
}
关于电机的程序，这里我就不展示了，因为电机是用PWM驱动的，和超声波模块的PWM程序是完全一样的。
这次大概就写这么多了，大家如果有什么不懂的可以在下面留言，大家一起交流。