HC-SR04 超声波测距传感器

/* USER CODE BEGIN PV */
uint32_t Time_Now;          // 系统时间戳记录
uint16_t distance;        // 测距结果(单位:cm)
/* USER CODE END PV */

int main(void)
{
    HAL_Init();                      // 初始化HAL库
    SystemClock_Config();            // 系统时钟配置(72MHz)

    MX_GPIO_Init();                 // GPIO初始化
    MX_TIM3_Init();                 // TIM3定时器初始化
    OLED_Init();                    // OLED显示屏初始化
    HC_SR04_Init();                 // HC-SR04超声波初始化

    while (1)
    {
        if(HAL_GetTick() - Time_Now >= 500)         // 500ms更新一次
        {
            distance = HC_SR04_Get_Distance(25);  // 测距(温度25℃)

            OLED_Clear();                                       // 清屏
            OLED_CenterPrintf(24, "%dcm", distance);     // 居中显示距离
            OLED_Update();                                      // 更新显示

            Time_Now = HAL_GetTick();                           // 更新时间戳
        }
    }
}

TIM_HandleTypeDef htim3;

void MX_TIM3_Init(void)
{
    TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
    TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};

    htim3.Instance = TIM3;
    htim3.Init.Prescaler = 71;                        // 预分频: 72MHz/(71+1)=1MHz → 1μs/tick
    htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;           // 向上计数模式
    htim3.Init.Period = 65535;                       // 自动重装载值(16位最大值)
    htim3.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;    // 时钟分频: 不分频
    htim3.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
    HAL_TIM_Base_Init(&htim3);

    sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL; // 内部时钟源
    HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim3, &sClockSourceConfig);
    HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim3, &sMasterConfig);
}

#define HC_SR04_TIM_HANDLE    htim3                    // 绑定TIM3定时器

// 触发脚(Trig)配置 — 推挽输出
#define HC_SR04_TRIG_PORT     GPIOB
#define HC_SR04_TRIG_PIN      GPIO_PIN_0
#define HC_SR04_TRIG_CLK_EN   __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE()

// 回响脚(Echo)配置 — 上拉输入
#define HC_SR04_ECHO_PORT     GPIOB
#define HC_SR04_ECHO_PIN      GPIO_PIN_1
#define HC_SR04_ECHO_CLK_EN   __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE()

// 辅助宏
#define HC_SR04_SET_TRIG_HIGH()  HAL_GPIO_WritePin(HC_SR04_TRIG_PORT, HC_SR04_TRIG_PIN, GPIO_PIN_SET)
#define HC_SR04_SET_TRIG_LOW()   HAL_GPIO_WritePin(HC_SR04_TRIG_PORT, HC_SR04_TRIG_PIN, GPIO_PIN_RESET)
#define HC_SR04_READ_ECHO()      HAL_GPIO_ReadPin(HC_SR04_ECHO_PORT, HC_SR04_ECHO_PIN)

// 测距参数限制
#define HC_SR04_MAX_DISTANCE     500    // 最大测距值(cm)
#define HC_SR04_MIN_DISTANCE     2      // 最小测距值(cm)
#define HC_SR04_TIMEOUT_CNT      50000  // 超时计数值

uint16_t HC_SR04_Get_Distance(uint16_t temp)
{
    uint16_t echo_cnt = 0;      // 定时器计数值(Echo脉冲宽度)
    uint16_t distance = 0;      // 测距结果(cm)
    float sound_speed = 0.0f; // 超声波传播速度(cm/us)

    // 1. 温度补偿: v = (0.607*T + 331.4) / 10000 (cm/us)
    sound_speed = (0.607f * temp + 331.4f) / 10000.0f;

    // 2. 发送触发脉冲(Trig: 高电平1ms)
    HC_SR04_SET_TRIG_HIGH();
    HAL_Delay(1);
    HC_SR04_SET_TRIG_LOW();

    // 3. 等待Echo上升沿(带超时保护)
    __HAL_TIM_SET_COUNTER(&HC_SR04_TIM_HANDLE, 0);
    while(HC_SR04_READ_ECHO() == GPIO_PIN_RESET)
    {
        if(__HAL_TIM_GET_COUNTER(&HC_SR04_TIM_HANDLE) >= HC_SR04_TIMEOUT_CNT)
            return HC_SR04_MAX_DISTANCE;
    }

    // 4. 等待Echo下降沿,记录高电平持续时间
    __HAL_TIM_SET_COUNTER(&HC_SR04_TIM_HANDLE, 0);
    while(HC_SR04_READ_ECHO() == GPIO_PIN_SET)
    {
        if(__HAL_TIM_GET_COUNTER(&HC_SR04_TIM_HANDLE) >= HC_SR04_TIMEOUT_CNT)
            return HC_SR04_MAX_DISTANCE;
    }

    // 5. 获取定时器计数值
    echo_cnt = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&HC_SR04_TIM_HANDLE);

    // 6. 计算距离: 距离 = 速度 × 时间 / 2 (往返)
    distance = (uint16_t)(sound_speed * echo_cnt / 2.0f);

    // 7. 限制测距结果范围
    if(distance > HC_SR04_MAX_DISTANCE) distance = HC_SR04_MAX_DISTANCE;
    else if(distance < HC_SR04_MIN_DISTANCE) distance = HC_SR04_MIN_DISTANCE;

    return distance;
}