Wi-Fi超声波测距传感器节点实验 来源 : 未知     2018-09-21

【实验目的】

学习STM32的M0系列芯片的使用

学习MDK开发软件的使用方法，如仿真调试

通过本实验掌握stm32F0xx的ADC使用方法

【实验环境】

Wi-Fi超声波测距传感器模块

MDK开发工具和相应的仿真器

PC机 XP、Window7/8

【实验内容】：

编写超声波实验程序，实现STM32F0xx芯片采集到超声波测距长度的AD值，并把AD值通过串口Wi-Fi模块(STA)传输给服务端Wi-Fi模块(AP)，在PC上的串口调试助手显示数据。

【实验原理】

声波是一种能在气体、液体和固体中传播的机械波。根据振动频率的不同，可分为次声波、声波、超声波和微波等。

( 1 ) 次声波：振动频率低于l6Hz的机械波。

( 2 ) 声波：振动频率在16—20KHz之间的机械波，在这个频率范围内能为人耳所闻。

( 3 ) 超声波：高于20KHz的机械波。

超声波与一般声波比较，它的振动频率高，而且波长短，因而具有束射特性，方向性强，可以定向传播，其能量远远大于振幅相同的一般声波，并且具有很高的穿透能力。例如，在钢材中甚至可穿透10米以上。超声波在均匀介质中按直线方向传播，但到达界面或者遇到另一种介质时，也像光波一样产生反射和折射，并且服从几何光学的反射、折射定律。超声波在反射、折射过程中，其能量及波型都将发生变化。超声波在界面上的反射能量与透射能量的变化。取决于两种介质声阻抗特性。和其他声波一样，两介质的声阻抗特性差愈大，则反射波的强度愈大。例如，钢与空气的声阻抗特性相差10万倍，故超声波几乎不通过空气与钢的介面，全部反射。超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，能量逐渐衰减，能量的衰减决定于波的扩散、散射(或漫射)及吸收。扩散衰减，是超声波随着传播距离的增加，在单位面积内声能的减弱;散射衰减，是由于介质不均匀性产生的能量损失;超声波被介质吸收后，将声能直接转换为热能，这是由于介质的导热性、粘滞性及弹性造成的。

超声波传感器的测距原理：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就立即停止计时。设超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离S ，即 S=340t/2。需要说明的是，超声波传感器发射的波束比较窄(<10°)，反射后仍然很窄，如果被测物体被旋转放置，有可能反射波束会偏离出接收探头的位置，导致探头接收不到反射波信号，测距将失败。

 

第 2 章 图 超声波传感器测量物体距离原理示意图

超声波测距传感器包括有发射超声波和接收超声波的两部分装置，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。常用的超声波传感器有两种，即压电式超声波传感器和磁致式超声波传感器。本实验采用的是压电式超声波传感器, 主要由超声波发射器(或称发射探头)和超声波接收器(或称接收探头)两部分组成，它们都是利用压电材料(如石英、压电陶瓷等)的压电效应进行工作的。利用逆压电效应将高频电振动转换成高频机械振动，产生超声波，以此作为超声波的发射器。而利用正压电效应将接收的超声振动波转换成电信号，以此作为超声波的接收器。

HCC--SSRR0044超声波测距模块可提供2cm--400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm;模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。

HC--SR04的时序图：

 

以上时序图表明你只需要提供一个10uS以上脉冲触发信号，该模块内部将发出8个40kHz周期电平并检测回波。一旦检测到有回波信号则输出回响信号。回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比。由此通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距离。公式：uS/58=厘米或者uS/148=英寸;或是：距离= 高电平时间*声速(340M/S)/2;建议测量周期为60ms以上，以防止发射信号对回响信号的影响。

基本工作原理：

采用IO口TRIG触发测距，给少10us的高电平信呈;

模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回;

有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声;

波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2;

 

图 超声波原理图

 

图 超声波实物图

有原理图可知，超声波的触发引脚和PB_9相连，回响信号与PB_8引脚相连。回响信号是超声波发出波与接收到回波的时间。

【实验步骤】

完成第3章节"RealView MDK4.22a集成开发环境"，就可以做传感器实验了，首先打开光盘中的传感器工程文件。

右键解压程序源码 v1.rar， 选择解压到当前文件夹。

工程源码路径：华清远见-网络拓扑图资料光盘\无线传感模块\低功耗Wi-Fi部分-STM32F051\程序源码\STM23F051 超声波测距传感器(OK)\MDK-ARM

 

编译下载超声波程序(先编译后下载)

如果需要调试的话，应先下载程序，再点击右上方的调试按钮进入调试界面。

 

超声波模块连接

 

上图连接说明，AP模式的Wi-Fi是通过串口直接和PC机相连接。串口Wi-Fi接收到数据，以串口的形式输出到PC的串口调试助手上显示。

【实验结果】

利用串口调试工具做实验，打开串口调试工具，波特率115200、串口号(你的电脑的端口号)、点击打开。 接收到的数据如下，

 

可以通过串口发送21 57 04 00 53 00 02 C0 00 00 38 FA控制继电器的开。

21 51： 为字符'!W'

04 00 ：设备地址 注意：04为低八位地址，00为高八位地址

53 ：设备类型 'S' ，是超声波传感器

00 02 C0： 采集到的超声波与障碍之间的距离(单位：mm)。02 为高八位，C0 第八位。转成十进制704 mm

38：当前电池电量

FA ：校验和。

【实验参考代码】

Main.c函数

COBOL Code

int main(void)

{

uint8_t Send_buf[11]={0};

uint8_t result = 0,i;

uint8_t flag = 0;

uint32_t distance;

SystemInit(); //系统时钟初始化

/* Configure LED6 */

STM_EVAL_LEDInit(LED6);

Systick_Init(); //滴答定时初始化

GPIO_Configuration_Init();

USART_Cfig_Init(); //串口初始化

NVIC_Configuration();

SR04_Config();

USART_RX_IntteruptEnable(COM1); //USART1 接收中断使能

USART_RX_IntteruptEnable(COM2); //USART2 接收中断使能

//初始化定时器

TIM_INT_Config();

//初始化中断

// STM_EVAL_PBInit(BUTTON_USER, BUTTON_MODE_EXTI);

Send_buf[0] = 0x21;

Send_buf[1] = 'W';

Send_buf[2] = 0x04; //地址 低字节

Send_buf[3] = 0x00; //地址 高字节

Send_buf[4] = 'S';

while(1)

{

STM_EVAL_LEDOn(LED6);

distance = Sensor_using();

Send_buf[6] = distance >> 8;

Send_buf[7] = distance;

for(i=0;i<(11-2);i++)

{

result ^= Send_buf[i+1];

}

Send_buf[10] = result; //存储校验结果

UART_Send(USART2,Send_buf,11);

result = 0;

STM_EVAL_LEDOff(LED6);

printf("distance :%d\n",distance);

Delay(1000);

}

}

采集回响时间并转换成距离(单位mm)

COBOL Code

/*返回值 单位 毫米*/

uint32_t Sensor_using(void)

{

uint32_t distanceval =0;

uint16_t TIM=0,TIMS=0;

uint8_t i,j=0;

// for(i=0;i<5;i++)

// {

GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_9); //输出10us以上触发

delay_us(100);

GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_9);

TIM_SetCounter(TIM2,0);

while(!GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_8)&& overflow==0); //检测到高电平

TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); //开启定时器

while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_8) && overflow==0); //检测到低电平

TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);

if(overflow!=0)

{

overflow=0;

return 0.0;

}

TIM = TIM_GetCounter(TIM2); //读取当前值

distanceval = ((TIM *340)/2/10) - 50; //50 误差数值

//printf("\r\ndistance:%x mm\r\n",distanceval);

return(distanceval);

}