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基于stm32cubeMX的的HAL库开发的智能小车------超声波避障小车_输入捕获实现超声波避障

作者：代码领袖开发者 | 2024-01-30 11:49:05

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输入捕获实现超声波避障

我的第一辆智能小车

提示：小编也是初学者，本文适用于想完成一个基础智能四轮车的初学者，大佬还请勿喷，欢迎各位指出错误的地方

使用的是STM32F103C8T6最小系统板

暑假在家无聊，刚好也在学习STM32的HAL库，就想着做个小车巩固自己学到的知识，顺便记录自己所遇到的错误

小编也是现学现写，准备做一个蓝牙遥控红外寻迹超声波避障小车

注意:这篇文章需要用到定时器输出比较和输入捕获，没有基础可能看不懂。

这篇博客讲述的就是如何去制作超声波避障小车

注意:没有基础的是无法完成的

1，相关传感器的介绍

舵机sg90模块

舵机SG90模块是一种小型舵机，适用于各种机器人和电子设备。它由一个直流电机、减速装置和位置反馈电路组成。该模块可以通过PWM信号来控制舵机的角度，典型的工作范围为0到180度。它具有快速响应、精准定位和稳定性好的特点，能够提供可靠的转动效果。

需要用到的知识:    定时器输出比较----pwm输出

                                                                                                       

使用原理:在PWM周期20MS以内控制有效电平的时间即可控制舵机的转动角度

                  

超声波传感器

工作原理： HC-SR04传感器的工作原理与一般超声波传感器相似，包括发射超声波脉冲和接收反射波。它由超声波发射器和接收器组成，通过测量发射和接收之间的时间差来计算距离。

距离测量范围： HC-SR04传感器的有效测量距离通常在2厘米到4.5米之间，取决于环境条件和具体实现。使用接口： HC-SR04传感器通常通过GPIO口与单片机或其他控制器连接。它需要两个引脚进行数据传输，一个引脚用于发射超声波脉冲，另一个引脚用于接收反射波。

需要使用的知识:定时器输入捕获

使用原理:描述起来比较麻烦，建议看下面的博客

不懂的点击这里

                                                                      

2.相关引脚的分配

舵机SG90模块

VCC                        5V供电

GND

信号线(橙色)            PA8       对应TIM1_CH1

超声波HC_04(新版)

VCC             3.3v-5v供电

GND

TRIG引脚              选用普通IO引脚即可    选用PA12

ECHO引脚            选用定时器引脚       PB5的TIM3_CH2重映射

3.stm32cubeMX的配置

这里是在上一篇----蓝牙小车的基础上完成的

相信大家学到这里了，基本的设置都会配置了

舵机的配置        

选用的是PA8  TIM1_CH1   高级定时器具有通用定时器的全部功能

选择定时器1的通道一的PWM输出模式

设置PSC预分频系数为72-1            ARR的值为20000-1  

PWM频率=72MHZ/(72-1+1)*(20000-1+1)=50hz

PWM周期=1/50hz=20ms

注意:      ARR的值与下面设置转动角度的有关，不懂的建议和我设置的一样

                                       

 超声波传感器的配置

开启定时器3通道2的输入捕获模式

将PSC预分频系数的值设置为72-1

ARR的值设置的65535

 开启定时器3的全局中断，这里不开启的话会导致获取到的超声波避障函数的值为0

4.代码展示部分

舵机部分

duoji.c

  1. #include "duoji.h"
  2. void SG90_GetAngle(float value)
  3. {/* 舵机转向函数*/
  4.     /*
  5.     PSC:20000-1          ARR:72-1
  6.         0       500
  7.         180     2500
  8.         角度   CCR的值
  9.     */
  10.    value=value/180*2000+500;
  11.     __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1,TIM_CHANNEL_1,value);
  12.     /*value=50相当于一个周期内（20ms）有0.5ms高脉冲*/
  13. }
  14. void SG90_Init()
  15. {
  16.    SG90_GetAngle(90); 
  17. }
  18. void SG90_TurnL()
  19. {
  20.    SG90_GetAngle(135); 
  21. }
  22. void SG90_TurnR()
  23. {
  24.    SG90_GetAngle(45); 
  25. }

duoji.h

  1. #ifndef __DUOJI_H_
  2. #define __DUOJI_H_
  3.  
  4. #include "main.h"
  5. #include "tim.h"
  6. void SG90_GetAngle(float value);
  7. void SG90_Init(void);        //舵机头初始化，摆正
  8. void SG90_TurnL(void);        //舵机头左转
  9. void SG90_TurnR(void);        //舵机头右转
  10. #endif
  11.  
  12.

超声波部分

这部分代码我引用了这个博主的，大家有不懂的点这里

将下面代码添加到tim.c中，复制粘粘到最下面

  1. //[7]:0,没有成功的捕获;1,成功捕获到一次.
  2. //[6]:0,还没捕获到低电平;1,已经捕获到低电平了.
  3. //[5:0]:捕获低电平后溢出的次数
  4. uint8_t TIM3CH2_CAPTURE_STA;  // 输入捕获状态
  5. uint16_t TIM3CH2_CAPTURE_VAL; //输入捕获值
  6. //溢出回调函数和捕获回调函数
  7. void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
  8. {
  9.   if ((TIM3CH2_CAPTURE_STA & 0x80) == 0) // 还未捕获成功
  10.   {
  11.     if (TIM3CH2_CAPTURE_STA & 0x40) // 捕获到一个下降沿
  12.     {
  13.       if ((TIM3CH2_CAPTURE_STA & 0x3F) == 0x3F) // 高电平的时间太长
  14.       {
  15.         TIM3CH2_CAPTURE_STA |= 0X80; // 标记为成功捕获一次
  16.         TIM3CH2_CAPTURE_VAL = 0XFFFF;
  17.       }
  18.       else
  19.         TIM3CH2_CAPTURE_STA++; // 否则标记溢出数加1
  20.     }
  21.   }
  22. }
  23.  
  24. // 捕获中断发生时执行 上升沿复位开始计时，下降沿获取捕获值计算
  25. void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
  26. {
  27.   if ((TIM3CH2_CAPTURE_STA & 0X80) == 0) //还未捕获成功  [7]:0,没有成功的捕获;1,成功捕获到一次.
  28.   {
  29.     if (TIM3CH2_CAPTURE_STA & 0X40) // 成功率捕获到1个下降沿  [6]:0,还没捕获到低电平;1,已经捕获到低电平了.
  30.     {
  31.       // usart_printf("get down\r\n");
  32.       TIM3CH2_CAPTURE_STA |= 0X80;                                            // 标记成功，捕获到1次高电平完成
  33.       TIM3CH2_CAPTURE_VAL = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim3, TIM_CHANNEL_2); // 捕获当前设置捕获值
  34.       TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY(&htim3, TIM_CHANNEL_2);                       // 清除原来设置
  35.       TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim3, TIM_CHANNEL_2, TIM_ICPOLARITY_RISING);  // 捕获到下降沿之后，将捕获到复位为上升沿
  36.     }
  37.     else // 捕获到一个上升沿
  38.     {
  39.       // usart_printf("get up\r\n");
  40.       TIM3CH2_CAPTURE_STA = 0;
  41.       TIM3CH2_CAPTURE_VAL = 0;
  42.       TIM3CH2_CAPTURE_STA |= 0X40; //将STA置为0x40 当下一次触发中断时，会进入上面的if语句
  43.       __HAL_TIM_DISABLE(&htim3);
  44.       __HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim3, 0);
  45.       TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY(&htim3, TIM_CHANNEL_2);
  46.       TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim3, TIM_CHANNEL_2, TIM_ICPOLARITY_FALLING);
  47.       __HAL_TIM_ENABLE(&htim3);
  48.     }
  49.   }
  50. }

将下面的代码添加到main.h中

  1. extern uint8_t TIM3CH2_CAPTURE_STA;  // 输入捕获状态
  2. extern uint16_t TIM3CH2_CAPTURE_VAL; //输入捕获值
  3. extern uint8_t unit_change;                 //单位变换

HCSR04.C

  1. /**
  2.  * @file HCSR04.c
  3.  * @author Zhong Zepeng (1935595312@qq.com)
  4.  * @brief
  5.  * @version 0.1
  6.  * @date 2022-11-25
  7.  *
  8.  * @copyright Copyright (c) 2022
  9.  *
  10.  */
  11. #include "HCSR04.h"
  12. #include "gpio.h"
  13. #include "tim.h"
  14. #include "usart.h"
  15. #include "User_Debug.h"
  16. /**
  17.  * @brief 激活超声波定时器
  18.  *
  19.  */
  20. void HCSR_04()
  21. {
  22.     uint32_t i;
  23.     HAL_GPIO_WritePin(TRIG_GPIO_Port, TRIG_Pin, GPIO_PIN_SET);
  24.     for (i = 0; i < 72 * 40; i++)
  25.         __NOP();
  26.     HAL_GPIO_WritePin(TRIG_GPIO_Port, TRIG_Pin, GPIO_PIN_RESET);
  27. }
  28. /**
  29.  * @brief  关闭超声波定时器
  30.  *
  31.  */
  32. void Stop_HCSR_04()
  33. {
  34.     HAL_GPIO_WritePin(TRIG_GPIO_Port, TRIG_Pin, GPIO_PIN_RESET);
  35. }
  36. /**
  37.  * @brief 计算超声波检测的距离
  38.  *
  39.  * @return float
  40.  */
  41. //uint8_t TIM3CH2_CAPTURE_STA;  // 输入捕获状态
  42. //uint16_t TIM3CH2_CAPTURE_VAL; //输入捕获值
  43. uint8_t unit_change;
  44. float getSR04Distance()
  45. {
  46.     float len = 0;
  47.     uint32_t time = 0;
  48.     if (TIM3CH2_CAPTURE_STA & 0X80) // 输入捕获 触发
  49.     {
  50.         time = TIM3CH2_CAPTURE_STA & 0X3f; // 获得溢出次数
  51.         time *= 65535;                     // 一次溢出为65536 得到溢出的时间
  52.         time += TIM3CH2_CAPTURE_VAL;       // 溢出的时间+现在定时器的值 得到总的时间
  53.         if (unit_change == 0)
  54.         {
  55.             len = (time * 342.62 * 100 / 2000000); // 计算得到距离 cm
  56.         }
  57. //        else if (unit_change == 1)
  58. //        {
  59. //            len = time * 342.62 * 100 / 200000000; // 计算得到距离 m
  60. //            usart_printf("m\r\n");
  61. //        }
  62.  
  63.         TIM3CH2_CAPTURE_STA = 0; // 清除溢出
  64.     }
  65.     return len;
  66. }

 HCSR04.h

  1. #ifndef __HCSR04_H
  2. #define __HCSR04_H
  3.  
  4. #include "stdint.h"
  5.  
  6.  
  7. void HCSR_04(void);
  8. void Stop_HCSR_04(void);
  9. float getSR04Distance(void);
  10.  
  11. #endif
  12.

main.c

这里我是用函数封装了起来，大家使用的时候在while(1)里调用这个函数就行

因为超声波数据获取的时候有视野盲区，小编在代码方法添加了2个红外传感器防止撞墙

  1. void ultrasonic_waves()
  2. {
  3.     //★舵机指向90° 正中间
  4.     SG90_Init();
  5.     Change_speed(70);
  6.     HAL_Delay(700); //延时,不做延时的话，会超过采样频率
  7.     HCSR_04();      //激活超声波模块
  8.     distance_res[0] = getSR04Distance();
  9.     HAL_Delay(10);
  10.     
  11.     
  12.     if(LR1==0 || LR2==0)
  13.     {
  14.        HAL_Delay(10);
  15.        if(LR1==0)
  16.        {
  17.            Backward();
  18.            HAL_Delay(300);
  19.            Turn_Right();
  20.            HAL_Delay(200);
  21.        }
  22.         if(LR2==0)
  23.        {
  24.            Backward();
  25.            HAL_Delay(300);
  26.            Turn_Left();
  27.            HAL_Delay(200);
  28.        }
  29.     }
  30.     else if(distance_res[0]>35.00)
  31.     {
  32.       Forward();  
  33.     }
  34.  
  35.    else if(LR2==1&&LR2==1)//如果前方距离小于30厘米  停车测左右距离
  36.    {
  37.        
  38.        Stopward();
  39.        SG90_TurnL();//舵机左转45度测距
  40.        HAL_Delay(1200);
  41.         HCSR_04();      //激活超声波模块
  42.        distance_res[1]=getSR04Distance();
  43.        HAL_Delay(10);
  44.        
  45.        SG90_TurnR();//舵机右转45度测距
  46.        HAL_Delay(1200);
  47.         HCSR_04();      //激活超声波模块
  48.        distance_res[4]=getSR04Distance();
  49.        HAL_Delay(10);
  50.        SG90_Init(); 
  51.  
  52.  
  53.         if(distance_res[1]>distance_res[4])    //如果左边的距离大于右边的距离
  54.         {
  55.             SG90_Init(); //舵机摆正
  56.             HAL_Delay(700);
  57.             HCSR_04();      //激活超声波模块
  58.             distance_res[0] =getSR04Distance();	//重复测前方的距离同时左转
  59.             HAL_Delay(100);					
  60. 			Turn_Left();
  61.             if(distance_res[0]>30.0000)
  62.             {
  63.                  Forward(); 
  64.             }
  65.  
  66.         if(distance_res[1]<distance_res[4])    //如果右边的距离大于左边的距离
  67.         {
  68.             SG90_Init();
  69.             HAL_Delay(700);
  70.             HCSR_04();      //激活超声波模块
  71.             distance_res[0] =getSR04Distance();  //重复测前方的距离同时右转
  72.             HAL_Delay(10);		           
  73. 			Turn_Right();
  74.             {
  75.               Forward();  
  76.               HCSR_04();      //激活超声波模块
  77.               distance_res[0] = getSR04Distance();
  78.               HAL_Delay(10);
  79.               Turn_Right();
  80.              if(distance_res[0]>30.0000)
  81.             {
  82.                  Forward(); 
  83.             }
  84.             }
  85.         }
  86.     }
  87.    } 
  88.  
  89. }

5.注意事项

1.舵机信号线使用的定时器不能和超声波传感器使用的一致，不然会导致超声波函数接收到的数据不准确，导致经常撞墙。

2.在获取超声波测距的数据的时候，可以使用USB转TTL转换器，用串口获取准确的数据，数据一定要稳定。

3.供电问题，一定要保证要稳定供电，供电不足会导致传感器无法正常工作

6.寄语

这个功能我调试了很久，相比于前2个功能比较复杂，关于代码，不推荐大家照搬，要根据自己的需求来改，大家有什么疑惑可以发评论区里，看到了我会回复

关于代码部位我已上传，分别关于舵机部分，超声波部分，避障小车部分

代码部分

7.视频展示               

基于stm32的HAL库开发的超声波避障小车

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