Wi-Fi超聲波測距傳感器節點實驗
時間：2018-09-21 來源：未知
【實驗目的】
學習STM32的M0系列芯片的使用
學習MDK開發軟件的使用方法，如仿真調試
通過本實驗掌握stm32F0xx的ADC使用方法
【實驗環境】
Wi-Fi超聲波測距傳感器模塊
MDK開發工具和相應的仿真器
PC機 XP、Window7/8
【實驗內容】：
編寫超聲波實驗程序，實現STM32F0xx芯片采集到超聲波測距長度的AD值，并把AD值通過串口Wi-Fi模塊(STA)傳輸給服務端Wi-Fi模塊(AP)，在PC上的串口調試助手顯示數據。
【實驗原理】
聲波是一種能在氣體、液體和固體中傳播的機械波。根據振動頻率的不同，可分為次聲波、聲波、超聲波和微波等。
( 1 ) 次聲波：振動頻率低于l6Hz的機械波。
( 2 ) 聲波：振動頻率在16—20KHz之間的機械波，在這個頻率范圍內能為人耳所聞。
( 3 ) 超聲波：高于20KHz的機械波。
超聲波與一般聲波比較，它的振動頻率高，而且波長短，因而具有束射特性，方向性強，可以定向傳播，其能量遠遠大于振幅相同的一般聲波，并且具有很高的穿透能力。例如，在鋼材中甚至可穿透10米以上。超聲波在均勻介質中按直線方向傳播，但到達界面或者遇到另一種介質時，也像光波一樣產生反射和折射，并且服從幾何光學的反射、折射定律。超聲波在反射、折射過程中，其能量及波型都將發生變化。超聲波在界面上的反射能量與透射能量的變化。取決于兩種介質聲阻抗特性。和其他聲波一樣，兩介質的聲阻抗特性差愈大，則反射波的強度愈大。例如，鋼與空氣的聲阻抗特性相差10萬倍，故超聲波幾乎不通過空氣與鋼的介面，全部反射。超聲波在介質中傳播時，隨著傳播距離的增加，能量逐漸衰減，能量的衰減決定于波的擴散、散射(或漫射)及吸收。擴散衰減，是超聲波隨著傳播距離的增加，在單位面積內聲能的減弱;散射衰減，是由于介質不均勻性產生的能量損失;超聲波被介質吸收后，將聲能直接轉換為熱能，這是由于介質的導熱性、粘滯性及彈性造成的。
超聲波傳感器的測距原理：超聲波發射器向某一方向發射超聲波，在發射時刻的同時開始 計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。設超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據計時器記錄的時間t，就可以計算出發射點距障礙物的距離S ，即 S=340t/2。需要說明的是，超聲波傳感器發射的波束比較窄(<10°)，反射后仍然很窄，如果被測物體被旋轉放置，有可能反射波束會偏離出接收探頭的位置，導致探頭接收不到反射波信號，測距將失敗。
第 2 章 圖 超聲波傳感器測量物體距離原理示意圖
超聲波測距傳感器包括有發射超聲波和接收超聲波的兩部分裝置，習慣上稱為超聲波換能器或超聲波探頭。常用的超聲波傳感器有兩種，即壓電式超聲波傳感器和磁致式超聲波傳感器。本實驗采用的是壓電式超聲波傳感器, 主要由超聲波發射器(或稱發射探頭)和超聲波接收器(或稱接收探頭)兩部分組成，它們都是利用壓電材料(如石英、壓電陶瓷等)的壓電效應進行工作的。利用逆壓電效應將高頻電振動轉換成高頻機械振動，產生超聲波，以此作為超聲波的發射器。而利用正壓電效應將接收的超聲振動波轉換成電信號，以此作為超聲波的接收器。
HCC--SSRR0044超聲波測距模塊可提供2cm--400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達高到3mm;模塊包括超聲波發射器、接收器與控制電路。
HC--SR04的時序圖：
以上時序圖表明你只需要提供一個10uS以上脈沖觸發信號，該模塊內部將發出8個40kHz周期電平并檢測回波。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號�；仨懶盘柕拿}沖寬度與所測的距離成正比。由此通過發射信號到收到的回響信號時間間隔可以計算得到距離。公式：uS/58=厘米或者uS/148=英寸;或是：距離= 高電平時間*聲速(340M/S)/2;建議測量周期為60ms以上，以防止發射信號對回響信號的影響。
基本工作原理：
采用IO口TRIG觸發測距，給少10us的高電平信呈;
模塊自動發送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回;
有信號返回，通過IO口ECHO輸出一個高電平，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;
圖 超聲波原理圖
圖 超聲波實物圖
有原理圖可知，超聲波的觸發引腳和PB_9相連，回響信號與PB_8引腳相連�；仨懶盘柺浅暡òl出波與接收到回波的時間。
【實驗步驟】
完成第3章節"RealView MDK4.22a集成開發環境"，就可以做傳感器實驗了，首先打開光盤中的傳感器工程文件。
右鍵解壓程序源碼 v1.rar， 選擇解壓到當前文件夾。
工程源碼路徑：華清遠見-網絡拓撲圖資料光盤\無線傳感模塊\低功耗Wi-Fi部分-STM32F051\程序源碼\STM23F051 超聲波測距傳感器(OK)\MDK-ARM
編譯下載超聲波程序(先編譯后下載)
如果需要調試的話，應先下載程序，再點擊右上方的調試按鈕進入調試界面。
超聲波模塊連接
上圖連接說明，AP模式的Wi-Fi是通過串口直接和PC機相連接。串口Wi-Fi接收到數據，以串口的形式輸出到PC的串口調試助手上顯示。
【實驗結果】
利用串口調試工具做實驗，打開串口調試工具，波特率115200、串口號(你的電腦的端口號)、點擊打開。 接收到的數據如下，
可以通過串口發送21 57 04 00 53 00 02 C0 00 00 38 FA控制繼電器的開。
21 51： 為字符'!W'
04 00 ：設備地址 注意：04為低八位地址，00為高八位地址
53 ：設備類型 'S' ，是超聲波傳感器
00 02 C0： 采集到的超聲波與障礙之間的距離(單位：mm)。02 為高八位，C0 第八位。轉成十進制704 mm
38：當前電池電量
FA ：校驗和。
【實驗參考代碼】
Main.c函數
COBOL Code
int main(void)
{
uint8_t Send_buf[11]={0};
uint8_t result = 0,i;
uint8_t flag = 0;
uint32_t distance;
SystemInit(); //系統時鐘初始化
/* Configure LED6 */
STM_EVAL_LEDInit(LED6);
Systick_Init(); //滴答定時初始化
GPIO_Configuration_Init();
USART_Cfig_Init(); //串口初始化
NVIC_Configuration();
SR04_Config();
USART_RX_IntteruptEnable(COM1); //USART1 接收中斷使能
USART_RX_IntteruptEnable(COM2); //USART2 接收中斷使能
//初始化定時器
TIM_INT_Config();
//初始化中斷
// STM_EVAL_PBInit(BUTTON_USER, BUTTON_MODE_EXTI);
Send_buf[0] = 0x21;
Send_buf[1] = 'W';
Send_buf[2] = 0x04; //地址 低字節
Send_buf[3] = 0x00; //地址 高字節
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; //存儲校驗結果
UART_Send(USART2,Send_buf,11);
result = 0;
STM_EVAL_LEDOff(LED6);
printf("distance :%d\n",distance);
Delay(1000);
}
}
采集回響時間并轉換成距離(單位mm)
COBOL Code
/*返回值 單位 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); //輸出10us以上觸發
delay_us(100);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_9);
TIM_SetCounter(TIM2,0);
while(!GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_8)&& overflow==0); //檢測到高電平
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); //開啟定時器
while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_8) && overflow==0); //檢測到低電平
TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);
if(overflow!=0)
{
overflow=0;
return 0.0;
}
TIM = TIM_GetCounter(TIM2); //讀取當前值
distanceval = ((TIM *340)/2/10) - 50; //50 誤差數值
//printf("\r\ndistance:%x mm\r\n",distanceval);
return(distanceval);
}
