1、系列总述
从现在开始将会进入四轴无人机的制作,我是第一次制作四旋翼,从前没有接触过这个方面,手边的参考资料只有一本四轴的设计书和正点原子F405飞控的源码,所以代码逻辑设计方面肯定有所欠缺,大家可以积极留言讨论,共同进步。
进入正题,距离检测与报警,我的设想是将超声波测距模块安装在四旋翼的底部,虽然超声波精度不高,声波发射范围不可控,但是可以作为初学者,此模块可以完成定高,测距+报警功能已经满足了我的需求。
2.设计思路
依靠超声波模块测算空对地距离,在安全范围,无报警声,进入危险范围(我设定的<3m)蜂鸣器的报警频率与距离成正比,进入非常危险范围(<1m)蜂鸣器长鸣。
3、硬件设计
- STM32F1开发板
- HC_SR04超声波模块
- 蜂鸣器
根据官方提供的数据可以看到,超声波驱动非常简单,只需要给出10us的高电平在Trip引脚,就可以让模块发出8个40KHz的脉冲,返回信号用高电平时间表示远近,并且从Echo引脚输出。所以这里就有两种设计方法,(1)直接通过对IO端口的操作,(2)通过TIM定时器的输入捕获功能,我这里使用的是第一种方法。第二种方法总会莫名其妙的无法接收到返回信号,所以为了四旋翼飞行的安全,我使用第一种方法。
4、软件设计
(1)测距模块
只需要两个IO引脚就可以完成操作,先使用引脚1输出15us的高电平,再使用引脚2开启输入模式,从引脚2接收到第一个高电平开始,开启定时器计时,等待引脚2变为低电平,结束计时,通过计算得出测量距离。
计算公式:距离(cm)=(定时器周期 × 溢出次数+定时器当前计时时间)× 34(cm/ms)/2
音速=34cm/ms = 340m/s
(2)警报模块
可以通过判断距离,小于3m时,将距离数据经过运算当做蜂鸣器的频率,可以做到距离越近,蜂鸣器频率越快,小于1m时,将不再判断距离,蜂鸣器设为长鸣模式。
5、代码示例
#define HCSR04_PORT GPIOA
#define HCSR04_CLK RCC_APB2Periph_GPIOA
#define HCSR04_TRIG GPIO_Pin_5
#define HCSR04_ECHO GPIO_Pin_6
void hcsr04_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(HCSR04_CLK, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =HCSR04_TRIG;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_Init(HCSR04_PORT, &GPIO_InitStructure);
GPIO_ResetBits(HCSR04_PORT,HCSR04_TRIG);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = HCSR04_ECHO;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init(HCSR04_PORT, &GPIO_InitStructure);
GPIO_ResetBits(HCSR04_PORT,HCSR04_ECHO);
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM6, ENABLE);
TIM_DeInit(TIM2);
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = (1000-1);
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =(72-1);
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM6, &TIM_TimeBaseStructure);
TIM_ClearFlag(TIM6, TIM_FLAG_Update);
TIM_ITConfig(TIM6,TIM_IT_Update,ENABLE);
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM6_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
TIM_Cmd(TIM6,DISABLE);
}
u16 msHcCount = 0;
static void Open_Timer_ForHc(void)
{
TIM_SetCounter(TIM6,0);
msHcCount = 0;
TIM_Cmd(TIM6, ENABLE);
}
static void Close_Timer_ForHc(void)
{
TIM_Cmd(TIM6, DISABLE);
}
static void Send_Trig_Signal(void)
{
PAout(5)=1;
delay_us(15);
PAout(5)=0;
}
u32 Get_Echo_Timer(void)
{
u32 t = 0;
t = msHcCount*1000;
t += TIM_GetCounter(TIM6);
TIM6->CNT = 0;
delay_ms(50);
return t;
}
void TIM6_IRQHandler(void)
{
if (TIM_GetITStatus(TIM6, TIM_IT_Update) != RESET)
{
TIM_ClearITPendingBit(TIM6, TIM_IT_Update );
msHcCount++;
}
}
u32 Hcsr04_Get_Length(void )
{
u32 time = 0;
int i = 0;
float lengthTemp = 0;
float sum = 0;
while(i!=5)
{
Send_Trig_Signal();
while(GPIO_ReadInputDataBit(HCSR04_PORT,HCSR04_ECHO) == 0);
Open_Timer_ForHc();
i = i + 1;
while(GPIO_ReadInputDataBit(HCSR04_PORT,HCSR04_ECHO) == 1);
Close_Timer_ForHc();
time = Get_Echo_Timer();
lengthTemp = ((float)time/58.0);
sum = lengthTemp + sum ;
}
lengthTemp = sum/5.0;
lengthTemp = lengthTemp*1000;
return (u32)lengthTemp;
}
void Hcsr04_Data_Handle(u32 length)
{
u16 a,b;
a = length/1000;
b = length%1000;
if(a<100)
BEEP=1;
else if(a<300)
BEEP_Flash(a);
POINT_COLOR=BLUE;
LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"Distance is 000.000 CM");
POINT_COLOR=RED;
LCD_ShowNum(30+96,150,a,3,16);
LCD_ShowNum(30+128,150,b,3,16);
}
这样我们可以在主函数中直接调用两个函数的复合形式,就可以实现距离检测和报警功能。
Hcsr04_Data_Handle(Hcsr04_Get_Length());
6、实验效果
测量拍摄手机的距离,数据正确。
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