STM32 智能垃圾桶项目笔记（二）：超声波测距功能实现

STM32 智能垃圾桶项目笔记（二）：超声波测距功能实现 - 指南

2025-10-01 12:35 tlnshuju 阅读(0) 评论(0) 收藏举报

本系列笔记是笔者学习 B 站 up 主 “技术探索者” STM32 系列视频所作的记录，不理解的地方推荐观看视频~

方案	原理	优点	缺点	适用场景
HAL_Delay()	基于 SysTick 中断，阻塞当前程序直到延时结束	用法简单，无需额外变量	阻塞主循环，影响其他任务（如后续蓝牙数据处理）	简单单任务、无实时性要求
HAL_GetTick()	读取 SysTick 累计的毫秒数（uwTick 变量），通过时间差判断定时是否结束	非阻塞，不影响主循环其他逻辑	需额外变量记录上次触发时间，需处理 uwTick 溢出	多任务、实时性要求高的场景

选择 HAL_GetTick () 的核心原因：
智能垃圾桶后续需添加蓝牙通信、电机开盖等功能，若用 HAL_Delay(50) 阻塞 50ms，会导致蓝牙数据接收、电机控制响应延迟。而 HAL_GetTick() 仅通过时间差判断，主循环可同时处理其他逻辑，兼顾 “实时测距” 与 “功能扩展性”。

补充：HAL_GetTick() 本质是 SysTick 定时器每 1ms 触发一次中断，累计全局变量 uwTick，函数本身仅读取该变量（无阻塞），因此安全性和效率更高。

2.2 50ms 定时触发逻辑实现

2.2.1 核心思路

定义变量 SR04_tick 记录上次触发的毫秒数（初始化为 0）；
主循环中持续判断：当前毫秒数（HAL_GetTick()）与 SR04_tick 的差值是否大于 50ms；
若满足条件，更新 SR04_tick 为当前毫秒数，并调用 SR04_Trigger() 发送触发信号。

2.2.2 代码实现（main.c 中）

首先需在 main.c 顶部定义全局变量（或静态变量），确保 SR04_tick 不会被主循环重置：

// 全局变量：记录超声波上次触发的毫秒数（初始化为0）
uint32_t SR04_tick = 0;
int main(void)
{
while (1)
{
// 50ms 定时触发超声波测距
if (HAL_GetTick() - SR04_tick > 50)  // 时间差 >50ms，触发一次测距
{
SR04_tick = HAL_GetTick();       // 更新上次触发时间，避免重复触发
SR04_Trigger();                  // 发送 10μs 触发信号，启动测距
}
}
}

2.2.3 关键细节说明

为何选择 50ms 间隔：HC-SR04 模块的最小测距周期约为 20ms（需等待前一次回声信号完全结束），50ms 间隔既能保证 “实时性”（每秒更新 20 次距离），又能避免 “前次回声未结束，下次触发导致数据紊乱”。
uwTick 溢出处理：HAL_GetTick() 的 uwTick 是 32 位变量，最大值为 4294967295ms（约 49.7 天），溢出后会自动归零。若项目需长期运行，可添加溢出判断（如 if (HAL_GetTick() < SR04_tick) 则认为溢出，直接更新 SR04_tick），代码如下：

if ((HAL_GetTick() - SR04_tick > 50) || (HAL_GetTick() < SR04_tick))
{
SR04_tick = HAL_GetTick();
SR04_Trigger();
}

2.3 中断回调函数优化：添加距离计算与打印

上一篇的中断回调函数仅完成距离计算，本次需在 “测距完成后”（Echo 下降沿）打印距离，方便通过串口观察结果。

2.3.1 优化后的中断回调函数（driver_sr04.c 中）

// 全局变量：存储测量距离（单位：cm），供外部读取（如蓝牙发送）
uint32_t distance_cm = 0;
/**
* @brief  GPIO 中断回调函数（处理 Echo 引脚电平变化）
* @param  GPIO_Pin：触发中断的引脚（此处为 PA8）
* @retval 无
* @note   上升沿：启动 TIM4 计数；下降沿：停止计数、计算距离、打印结果
*/
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
static uint32_t count = 0;  // 静态变量：暂存 TIM4 计数值（避免每次重置）
// 仅处理 Echo 引脚（PA8）的中断
if (GPIO_Pin == GPIO_PIN_8)
{
// 1. Echo 上升沿：超声波开始返回，启动 TIM4 计数
if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_8) == GPIO_PIN_SET)
{
HAL_TIM_Base_Start(&htim4);        // 启动 TIM4（1μs 计数）
__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim4, 0);  // 清零计数值，确保计时准确
}
// 2. Echo 下降沿：超声波返回结束，计算距离并打印
else if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_8) == GPIO_PIN_RESET)
{
HAL_TIM_Base_Stop(&htim4);         // 停止 TIM4 计数
count = __HAL_TIM_GetCounter(&htim4);  // 读取总计时（单位：μs）
// 距离计算：count(μs) × 声速(340m/s) / 2（往返距离） → 转换为 cm
distance_cm = count * 340 / 2 * 0.000001 * 100;
count = 0;  // 重置计数值，准备下次测量
// 串口打印距离（格式：distance : XX cm，便于调试工具识别）
printf("distance : %u cm\r\n", distance_cm);
}
}
}

2.3.2 关键细节说明

静态变量 count：用 static 修饰确保每次中断回调时不会重置，避免因变量重新初始化导致的计数错误。
打印格式添加 \r\n：部分串口调试工具（如 SecureCRT、SSCOM）需 \r\n 才能换行，若仅用 \n 可能导致输出错乱，统一添加确保兼容性。
距离计算公式验证：count 单位为 μs（10⁻⁶ 秒），声速 340m/s = 34000cm/s，因此公式可简化为：distance_cm = count * 34000 / 2 / 1000000 = count * 0.017，与原公式结果一致，可根据习惯选择简化版。