????????前言：本文為手把手教學基于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實現模擬雷達檢測的效果。模擬了雷達圖UI可以擬合構建當前環境下的平面地圖（超低配版SLAM構圖）。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調節改變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現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備。雷達發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（舵機負責帶動HC-SR04旋轉）實現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，也實現了擬合構建平面地圖的效果。（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、繞射現象小、方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點，應用廣泛，適合大學生、工程師、技術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觸發測量距離，給至少10us的高電平；

? ? ? ? 2、模塊自動發送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、高電平持續的時間就是超聲波從發射到返回的時間，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，可觸發模塊測距。

3號Pin：接外部電路的Echo端，當測距結束時，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。在高檔遙控玩具，如飛機、潛艇模型，遙控機器人中已經得到了普遍應用。（本項目中使用舵機SG90去帶動HC-SR04模塊運動，實現多角度的動態實時測距）

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，那么對應的控制關系是這樣的：

?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：可以控制旋轉角度、有角度定位。上電后舵機自動復位到0°,通過一定參數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、逆時針旋轉、停止、調節轉速。無角度定位，上電不會復位到0°。因為這是360°任意旋轉的，沒有0。通過一定參數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生PWM調節。用PWM調節出對應ms數的脈沖即可實現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函數去首先模仿常規雷達圖繪制，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，自己設計可以根據舵機角度（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（內容詳盡含代碼）_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設置成Serial Wire（否則可能導致芯片自鎖）；

3、GPIO配置：將PB9，PB10，PB11，PB12都設置為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觸發引腳，默認輸出低電平

6、TIM2配置：設置定時器TIM2每1us向上計數一次，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,HAL庫自帶只有ms的，所以需要自己設計一個定時器；

8、TIM3配置：使用TIM3的Channel1產生PWM信號（控制SG90）；

數據參數意義：

????????此時產生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的驅動就是基于GPIO口的調用。同時，由于超聲波測距模塊是基于超聲波的物理性質，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* @param {*}* @return {*}*/ void Hcsr04Start();/*** @description: 定時器計數溢出中斷處理函數* @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* @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: 定時器計數溢出中斷處理函數* @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函數。（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) //捕獲回調函數 {Hcsr04TimIcIsr(htim); }/*** @description: 定時器溢出中斷* @param {*}* @return {*}*/ void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef* htim) //在中斷回調函數中添加用戶代碼 {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的計數數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value可以實現舵機角度控制。

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 ?--> ?對應于180°

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

5.3 TFT-LCD顯示代碼?

5.3.1 TFTLCD驅動顯示

????????LCD顯示部分其實都是非常基礎的操作，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（內容詳盡含代碼）_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設計

這部分代碼主要繪制出常規雷達圖的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計出函數：可以用角度與長度（半徑）去畫出斜線。

? ? ? ? API函數：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);//數據信息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函數代碼

代碼核心：

? ? ? ? 協調處理SG90舵機和HC-SR04超聲波模塊，根據SG90舵機的轉動角度特性，i=50是0°，i=250是180°，200的差值對應給了180°。注意我們的畫線函數需要知道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），現在問題的關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轉換得到。求得終止點之后就可以使用常規的畫線亦或是畫點函數去實時反饋環境距離情況了。

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，點波關注，評論區留下郵箱，作者無償提供源碼和后續問題解答。求求啦關注一波吧?！！！

總結

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）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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