????????前言：本文為手把手教學(xué)基于STM32的超聲波雷達項目——HC-SR04雷達。本次項目采用的是STM32作為MCU，搭配常用的HC-SR04超聲波模塊與舵機SG90實現(xiàn)模擬雷達檢測的效果。模擬了雷達圖UI可以擬合構(gòu)建當(dāng)前環(huán)境下的平面地圖（超低配版SLAM構(gòu)圖）。本項目可能還存在可以改進與升級的地方，歡迎大家交流討論。（文末有代碼開源！）

????????實驗硬件：STM32F103ZET6；8針2.4寸TFT-LCD(320×240)；HC-SR04；SG90

????????硬件實物圖：

????????效果圖：

引腳連接：

LCD顯示引腳：

VCC --> 3.3V

GND --> GND

CS --> PB11

Reset --> PB12

DC --> PB10

SDI --> PB15

SCK --> PB13

LED --> ?PB9（控制LCD背光，可以同PWM調(diào)節(jié)改變LCD亮暗）

HC-SR04引腳：

VCC --> 5.0V

GND --> GND

Trig --> PA5

Echo --> PA0

SG90引腳：

VCC --> 5.0V

GND --> GND

PWM（信號線） --> PA6

一、雷達簡介

????????雷達，是英文Radar的音譯，源于radio detection and ranging的縮寫，意思為“無線電探測和測距”，即用無線電的方法發(fā)現(xiàn)目標并測定它們的空間位置。因此，雷達也被稱為“無線電定位”。雷達是利用電磁波探測目標的電子設(shè)備。雷達發(fā)射電磁波對目標進行照射并接收其回波，由此獲得目標至電磁波發(fā)射點的距離、距離變化率（徑向速度）、方位、高度等信息。

? ? ? ? 本項目是利用超聲波HC-SR04模塊配合SG90舵機（舵機負責(zé)帶動HC-SR04旋轉(zhuǎn)）實現(xiàn)類似電磁波雷達的效果。配合TFT-LCD上的雷達UI界面畫出障礙物距離點，可以模擬類似于雷達的效果圖。同時，也實現(xiàn)了擬合構(gòu)建平面地圖的效果。（也可以擴展為避障小車的一部分）

二、HC-SR04與SG90舵機

2.1 HC-SR04模塊

?????????超聲波是振動頻率高于20KHZ的機械波。它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小、方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點，應(yīng)用廣泛，適合大學(xué)生、工程師、技術(shù)人員以及電子愛好者等操作。（本項目中借用超聲波HC-SR04模塊代替電磁波去測距）

? ? ? ? 新版HC-SRO4，性能遠超老版HC-SRO4、US-015，在測距精度高于老版HC-SRO4和US-015的情況下，測距范圍更遠，可達6米，遠超一般超聲波測距模塊。采用CS-100A超聲波測距SOC芯片，高性能，工業(yè)級，寬電壓、低價格，只有普通超聲波測距模塊一半的價格，而性能遠超普通超聲波測距模塊。性能與US-025相同，均采用CS100A芯片，接口完全兼容。

工作原理：

? ? ? ? 1、采用IO觸發(fā)測量距離，給至少10us的高電平；

? ? ? ? 2、模塊自動發(fā)送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回；

? ? ? ? 3、有信號返回、通過lo輸出一高電平、高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間，測試距離=(高電平時間*聲速(340M/s)/2）；

本模塊有一個接口:4Pin供電及通信接口。為2.54mm間距的彎排針，如圖所示:從左到右依次編號1、2、3、4，它們的定義如下∶

1號Pin：接VCC電源(直流3V-5.5V)。

2號Pin：接外部電路的Trig端，向此管腳輸入一個10uS以上的高電平，可觸發(fā)模塊測距。

3號Pin：接外部電路的Echo端，當(dāng)測距結(jié)束時，此管腳會輸出一個高電平，電平寬度為超聲波往返時間之和。

4號Pin：接外部電路的地。

2.2 SG90舵機

????????舵機是一種位置（角度）伺服的驅(qū)動器，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)。在高檔遙控玩具，如飛機、潛艇模型，遙控機器人中已經(jīng)得到了普遍應(yīng)用。（本項目中使用舵機SG90去帶動HC-SR04模塊運動，實現(xiàn)多角度的動態(tài)實時測距）

SG90舵機外觀：

工作原理：

? ? ? ? 舵機的控制一般需要一個20ms左右（50Hz）的時基脈沖，該脈沖的高電平部分一般為0.5ms-2.5ms范圍內(nèi)的角度控制脈沖部分，總間隔為2ms。以180度角度伺服為例，那么對應(yīng)的控制關(guān)系是這樣的：

?特別注意：市面上有180°舵機和360°舵機，兩者有所區(qū)別，讀者朋友購買的時候需要注意一下。

180°舵機版本：可以控制旋轉(zhuǎn)角度、有角度定位。上電后舵機自動復(fù)位到0°,通過一定參數(shù)的脈沖信號控制它的角度。

360°舵機版本：不可控制角度，只能順時針旋轉(zhuǎn)、逆時針旋轉(zhuǎn)、停止、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。無角度定位，上電不會復(fù)位到0°。因為這是360°任意旋轉(zhuǎn)的，沒有0。通過一定參數(shù)的脈沖信號控制它的選擇。

????????編程思路：讀者朋友控制舵機的時候，只需要使用定時器去產(chǎn)生PWM調(diào)節(jié)。用PWM調(diào)節(jié)出對應(yīng)ms數(shù)的脈沖即可實現(xiàn)對舵機的固定角度控制。

三、TFT-LCD屏幕

? ? ? ? 本項目中TFT-LCD作為雷達圖顯示的重要載體，需要使用TFT-LCD中各種API函數(shù)去首先模仿常規(guī)雷達圖繪制，之后需要借助TFT-LCD屏幕去顯示超聲波掃描的角度與障礙物的距離顯示。最后的重點，自己設(shè)計可以根據(jù)舵機角度（決定HC-SR04的測量角度）和HC-SR04測得的距離換算值去畫點，乃至畫線。

????????關(guān)于TFT-LCD使用與編程有不熟練的朋友，可以去閱讀本人的另一篇文章，希望可以對您有所幫助。文章地址：【強烈推薦】基于STM32的TFT-LCD各種顯示實現(xiàn)（內(nèi)容詳盡含代碼）_混分巨獸龍某某的博客-CSDN博客_tftlcd顯示屏引腳

四、CubeMX配置

1、RCC配置外部高速晶振（精度更高）——HSE；

2、SYS配置：Debug設(shè)置成Serial Wire（否則可能導(dǎo)致芯片自鎖）；

3、GPIO配置：將PB9，PB10，PB11，PB12都設(shè)置為GPIO_OUTPUT,速度為：Hight；

?4、SPI配置：配置使用SPI2作為TFT-LCD通訊方式（可以考慮GPIO模擬SPI）

5、GPIO配置：PA5接到了HC-SR04的TRIG觸發(fā)引腳，默認輸出低電平

6、TIM2配置：設(shè)置定時器TIM2每1us向上計數(shù)一次，通道1為上升沿捕獲并連接到超聲波模塊的ECHO引腳，記得開啟定時器中斷（涉及到捕獲中斷+定時器溢出中斷）。

7、TIM1配置：HC-SR04的使用都需要us級的延遲函數(shù),HAL庫自帶只有ms的，所以需要自己設(shè)計一個定時器；

8、TIM3配置：使用TIM3的Channel1產(chǎn)生PWM信號（控制SG90）；

數(shù)據(jù)參數(shù)意義：

????????此時產(chǎn)生PWM波形頻率：72M / (719 +1)/ (1999+1) = 50Hz

? ? ? ??定時器周期：1/50 = 20ms

9、時鐘樹配置：

10、工程配置

五、代碼與解析

5.1?超聲波HC-SR04模塊代碼

????????其實，超聲波HC-SR04的驅(qū)動就是基于GPIO口的調(diào)用。同時，由于超聲波測距模塊是基于超聲波的物理性質(zhì)，去進行距離測量，故此其精度受到很多因素影響。（這里為短距離雷達測距模擬，精度足夠無需考慮補償）

HC-SR04.h：

#ifndef HCSR04_H_ #define HCSR04_H_#include "main.h" #include "delay.h"typedef struct {uint8_t edge_state;uint16_t tim_overflow_counter;uint32_t prescaler;uint32_t period;uint32_t t1; // 上升沿時間uint32_t t2; // 下降沿時間uint32_t high_level_us; // 高電平持續(xù)時間float distance;TIM_TypeDef* instance;uint32_t ic_tim_ch;HAL_TIM_ActiveChannel active_channel; }Hcsr04InfoTypeDef;extern Hcsr04InfoTypeDef Hcsr04Info;/*** @description: 超聲波模塊的輸入捕獲定時器通道初始化* @param {TIM_HandleTypeDef} *htim* @param {uint32_t} Channel* @return {*}*/ void Hcsr04Init(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel);/*** @description: HC-SR04觸發(fā)* @param {*}* @return {*}*/ void Hcsr04Start();/*** @description: 定時器計數(shù)溢出中斷處理函數(shù)* @param {*} main.c中重定義void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef* htim)* @return {*}*/ void Hcsr04TimOverflowIsr(TIM_HandleTypeDef *htim);/*** @description: 輸入捕獲計算高電平時間->距離* @param {*} main.c中重定義void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)* @return {*}*/ void Hcsr04TimIcIsr(TIM_HandleTypeDef* htim);/*** @description: 讀取距離 * @param {*}* @return {*}*/ float Hcsr04Read();#endif /* HCSR04_H_ */

HC-SR04.c：

#include "hc-sr04.h"Hcsr04InfoTypeDef Hcsr04Info;/*** @description: 超聲波模塊的輸入捕獲定時器通道初始化* @param {TIM_HandleTypeDef} *htim* @param {uint32_t} Channel* @return {*}*/ void Hcsr04Init(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel) {/*--------[ Configure The HCSR04 IC Timer Channel ] */// MX_TIM2_Init(); // cubemx中配置Hcsr04Info.prescaler = htim->Init.Prescaler; // 72-1Hcsr04Info.period = htim->Init.Period; // 65535Hcsr04Info.instance = htim->Instance; // TIM2Hcsr04Info.ic_tim_ch = Channel;if(Hcsr04Info.ic_tim_ch == TIM_CHANNEL_1){Hcsr04Info.active_channel = HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_1; // TIM_CHANNEL_4}else if(Hcsr04Info.ic_tim_ch == TIM_CHANNEL_2){Hcsr04Info.active_channel = HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_2; // TIM_CHANNEL_4}else if(Hcsr04Info.ic_tim_ch == TIM_CHANNEL_3){Hcsr04Info.active_channel = HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_3; // TIM_CHANNEL_4}else if(Hcsr04Info.ic_tim_ch == TIM_CHANNEL_4){Hcsr04Info.active_channel = HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_4; // TIM_CHANNEL_4}else if(Hcsr04Info.ic_tim_ch == TIM_CHANNEL_4){Hcsr04Info.active_channel = HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_4; // TIM_CHANNEL_4}/*--------[ Start The ICU Channel ]-------*/HAL_TIM_Base_Start_IT(htim);HAL_TIM_IC_Start_IT(htim, Channel); }/*** @description: HC-SR04觸發(fā)* @param {*}* @return {*}*/ void Hcsr04Start() {HAL_GPIO_WritePin(TRIG_GPIO_Port, TRIG_Pin, GPIO_PIN_SET);DelayUs(10); // 10us以上HAL_GPIO_WritePin(TRIG_GPIO_Port, TRIG_Pin, GPIO_PIN_RESET); }/*** @description: 定時器計數(shù)溢出中斷處理函數(shù)* @param {*} main.c中重定義void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef* htim)* @return {*}*/ void Hcsr04TimOverflowIsr(TIM_HandleTypeDef *htim) {if(htim->Instance == Hcsr04Info.instance) // TIM2{Hcsr04Info.tim_overflow_counter++;} }/*** @description: 輸入捕獲計算高電平時間->距離* @param {*} main.c中重定義void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)* @return {*}*/ void Hcsr04TimIcIsr(TIM_HandleTypeDef* htim) {if((htim->Instance == Hcsr04Info.instance) && (htim->Channel == Hcsr04Info.active_channel)){if(Hcsr04Info.edge_state == 0) // 捕獲上升沿{// 得到上升沿開始時間T1，并更改輸入捕獲為下降沿Hcsr04Info.t1 = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, Hcsr04Info.ic_tim_ch);__HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(htim, Hcsr04Info.ic_tim_ch, TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_FALLING);Hcsr04Info.tim_overflow_counter = 0; // 定時器溢出計數(shù)器清零Hcsr04Info.edge_state = 1; // 上升沿、下降沿捕獲標志位}else if(Hcsr04Info.edge_state == 1) // 捕獲下降沿{// 捕獲下降沿時間T2，并計算高電平時間Hcsr04Info.t2 = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, Hcsr04Info.ic_tim_ch);Hcsr04Info.t2 += Hcsr04Info.tim_overflow_counter * Hcsr04Info.period; // 需要考慮定時器溢出中斷Hcsr04Info.high_level_us = Hcsr04Info.t2 - Hcsr04Info.t1; // 高電平持續(xù)時間 = 下降沿時間點 - 上升沿時間點// 計算距離Hcsr04Info.distance = (Hcsr04Info.high_level_us / 1000000.0) * 340.0 / 2.0 * 100.0;// 重新開啟上升沿捕獲Hcsr04Info.edge_state = 0; // 一次采集完畢，清零__HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(htim, Hcsr04Info.ic_tim_ch, TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING);}} }/*** @description: 讀取距離 * @param {*}* @return {*}*/ float Hcsr04Read() {// 測距結(jié)果限幅if(Hcsr04Info.distance >= 500){Hcsr04Info.distance = 500; //元器件資料說是600cm最高距離，這里保守一點}return Hcsr04Info.distance; }

????????由于利用中斷去讀取定時測算的脈沖距離，所以這里需要重寫定時器的中斷服務(wù)函數(shù)。（這部分放在main.c最后即可）

/* USER CODE BEGIN 4 */ /*** @description: 定時器輸出捕獲中斷* @param {TIM_HandleTypeDef} *htim* @return {*}*/ void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) //捕獲回調(diào)函數(shù) {Hcsr04TimIcIsr(htim); }/*** @description: 定時器溢出中斷* @param {*}* @return {*}*/ void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef* htim) //在中斷回調(diào)函數(shù)中添加用戶代碼 {Hcsr04TimOverflowIsr(htim); } /* USER CODE END 4 */

5.2 SG90舵機模塊代碼

HAL_TIM_PwM_Start ( &htim3,TIM_CHANNEL_1); //PWM初始化定時器while(1) //while循環(huán)中放入 {__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3,TIM_CHANNEL_1,i); //舵機運動//i的取值代表舵機指向的角度（0°~180°） }

注意事項：

? ? ? ??模擬舵機SG90的使用就是利用PWM的計數(shù)數(shù)值去控制舵機所指的角度。

????????通過修改句柄__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2,TIM_CHANNEL_1,value)里的參數(shù)value可以實現(xiàn)舵機角度控制。

這里以SG90舵機為例給大家講解：

? ? ? ? 已知0.5ms指向0°位置，2.5ms指向180°位置。

? ? ? ? 比如需要指向m°處:

? ? ? ? 2.5-0.5=2ms ?--> ?對應(yīng)于180°

? ? ? ? value/(1999+1)*20=0.5+（m/180）× 2

5.3 TFT-LCD顯示代碼?

5.3.1 TFTLCD驅(qū)動顯示

????????LCD顯示部分其實都是非常基礎(chǔ)的操作，不熟悉的可以去看看筆者另一篇文章了解一下。作者這里把工程中不一樣的地方指出來一下。【強烈推薦】基于STM32的TFT-LCD各種顯示實現(xiàn)（內(nèi)容詳盡含代碼）_混分巨獸龍某某的博客-CSDN博客_lcd顯示屏顯示代碼

5.3.2 雷達GUI設(shè)計

這部分代碼主要繪制出常規(guī)雷達圖的UI界面，需要注意的是畫出多組同心半圓。

其中，難點就是需要自己設(shè)計出函數(shù)：可以用角度與長度（半徑）去畫出斜線。

? ? ? ? API函數(shù)：void Radarline(double k,int r)

radar.h：

#ifndef __RADAR_H #define __RADAR_Hvoid Radarline(double k,int r); void radar_picture();#endif

radar.c：

#include "radar.h" #include "LCDAPI.h" #include "lcd.h" #include "math.h" #include "hc-sr04.h"void Radarline(double k,int r) {double x,y;x=160+r*(double)cos(k/180*3.1415926); y=200-r*(double)sin(k/180*3.1415926);Gui_DrawLine(160,200,x,y,GREEN);}void radar_picture() {Gui_DrawFont_GBK24(307,98,GREEN,BLACK,"°");Gui_DrawFont_GBK24(263,58,GREEN,BLACK,"°");Gui_DrawFont_GBK24(181,28,GREEN,BLACK,"°");Gui_DrawFont_GBK24(110,40,GREEN,BLACK,"°");Gui_DrawFont_GBK24(35,90,GREEN,BLACK,"°");//雷達圖Gui_Circle(160,200,152,GREEN);Gui_Circle(160,200,114,GREEN);Gui_Circle(160,200,76,GREEN);Gui_Circle(160,200,38,GREEN);Radarline(30,170);Radarline(60,170);Radarline(90,170);Radarline(120,170);Radarline(150,170);rectangle(0,200,320,240,BLACK);Gui_DrawLine(0,200,320,200,GREEN);//數(shù)據(jù)信息Gui_DrawFont_GBK24(0,212,GREEN,BLACK,"距離");Gui_DrawFont_GBK24(50,219,GREEN,BLACK,":");Gui_DrawFont_GBK24(0,0,GREEN,BLACK,"角度");Gui_DrawFont_GBK24(50,7,GREEN,BLACK,":");Gui_DrawFont_GBK24(117,211,GREEN,BLACK,"CM"); Gui_DrawFont_GBK24(100,0,GREEN,BLACK,"°");Gui_DrawFont_GBK16(175,205,GREEN,BLACK,"25");Gui_DrawFont_GBK16(210,205,GREEN,BLACK,"50");Gui_DrawFont_GBK16(245,205,GREEN,BLACK,"75");Gui_DrawFont_GBK16(285,205,GREEN,BLACK,"100");Gui_DrawFont_GBK16(290,100,GREEN,BLACK,"30");Gui_DrawFont_GBK16(247,60,GREEN,BLACK,"60");Gui_DrawFont_GBK16(165,30,GREEN,BLACK,"90");Gui_DrawFont_GBK16(85,42,GREEN,BLACK,"120");Gui_DrawFont_GBK16(10,92,GREEN,BLACK,"150");Gui_DrawFont_GBK24(190,0,GREEN,BLACK,"超聲波雷達"); }

5.4 main函數(shù)代碼

代碼核心：

? ? ? ? 協(xié)調(diào)處理SG90舵機和HC-SR04超聲波模塊，根據(jù)SG90舵機的轉(zhuǎn)動角度特性，i=50是0°，i=250是180°，200的差值對應(yīng)給了180°。注意我們的畫線函數(shù)需要知道2個點起始點與終止點，起始點肯定是我們測距的起始點，也是雷達圖上的圓心（160，200），現(xiàn)在問題的關(guān)鍵就變成了尋找終止點，終止點的計算可以通過直角坐標系利用三角函數(shù)轉(zhuǎn)換得到。求得終止點之后就可以使用常規(guī)的畫線亦或是畫點函數(shù)去實時反饋環(huán)境距離情況了。

main.c:

int main(void) {/* USER CODE BEGIN 1 */int i=50;double k;int d;/* 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_SPI2_Init();MX_TIM1_Init();MX_TIM2_Init();MX_TIM3_Init();/* USER CODE BEGIN 2 */Lcd_Init();LCD_LED_SET;LCD_RST_SET;Lcd_Clear(BLACK);//雷達圖radar_picture(); Hcsr04Init(&htim2, TIM_CHANNEL_1);Hcsr04Start();HAL_TIM_PWM_Start(&htim3,TIM_CHANNEL_1); //初始化/* USER CODE END 2 *//* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */if(i==50){ for(i=50;i<250;i++){ Hcsr04Start();d = (int)Hcsr04Read()*152/100;if(d>152) //距離越界{d=155;}LCD_Showdecimal(63,215,Hcsr04Read(),3,2,16);LCD_ShowNum(65,5,(double)(i-50)/200*180,3);__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3,TIM_CHANNEL_1,i); //舵機轉(zhuǎn)動 HAL_Delay(100);Radarline2((double)((i-50)*180/200),d);// Radarline((double)((i-50)*180/200),(int)Hcsr04Read()*152/300); }}if(i==250){ for(i=250;i>50;i--){ Hcsr04Start();d = (int)Hcsr04Read()*152/100;if(d>152) //距離越界{d=155;}LCD_Showdecimal(63,215,Hcsr04Read(),3,2,16);LCD_ShowNum(65,5,(double)(i-50)/200*180,3);__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3,TIM_CHANNEL_1,i); //舵機轉(zhuǎn)動 HAL_Delay(100); Radarline2((double)((i-50)*180/200),d);}} }/* USER CODE END 3 */ }

六、實驗效果

超聲波雷達

七、項目代碼

代碼地址：?基于STM32的超聲波雷達項目（TFT-LCD）-嵌入式文檔類資源-CSDN文庫

如果積分不夠的朋友，點波關(guān)注，評論區(qū)留下郵箱，作者無償提供源碼和后續(xù)問題解答。求求啦關(guān)注一波吧?！！！

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的基于STM32的超声波雷达项目【可拟合构建平面地图】（代码开源）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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