測(cè)距的方案非常多，但是最為經(jīng)濟(jì)的還得是超聲波測(cè)距，但是遠(yuǎn)距離的超聲波測(cè)距模塊在市場(chǎng)上還是比較少見(jiàn)，所以我打算制作一個(gè)基于STM32G030的遠(yuǎn)程超聲波測(cè)距模塊，可以完成在1千米以?xún)?nèi)的通信距離，測(cè)量距離可以從20cm-300cm的模塊，解決超聲波測(cè)距儀的遠(yuǎn)程通信問(wèn)題。這樣的話(huà)就可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)位置、遠(yuǎn)距離的超聲波測(cè)距的需求。整個(gè)模塊支持RS485通信接口，支持Modbus-RTU 協(xié)議，可以通過(guò)上位機(jī)遠(yuǎn)程讀取工作。同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)超聲波矩陣、超聲波測(cè)距網(wǎng)絡(luò)的敷設(shè)，應(yīng)用與各個(gè)行業(yè)中。
基于STM32G030的遠(yuǎn)程超聲波測(cè)距儀是一種利用超聲波技術(shù)進(jìn)行距離測(cè)量的設(shè)備，其核心在于STM32G030微控制器與超聲波傳感器的協(xié)同工作。
一、工作原理
超聲波測(cè)距儀通過(guò)超聲波傳感器發(fā)射超聲波脈沖，并接收由目標(biāo)反射回來(lái)的回波。根據(jù)超聲波在空氣中的傳播速度和時(shí)間差（發(fā)射到接收的時(shí)間），可以計(jì)算出目標(biāo)與傳感器之間的距離。計(jì)算公式為：距離=聲速×時(shí)間差/2（因?yàn)槌暡ㄐ枰担?/p>
二、硬件組成
STM32G030微控制器：作為測(cè)距儀的核心控制單元，負(fù)責(zé)控制超聲波傳感器的發(fā)射與接收、處理數(shù)據(jù)以及輸出結(jié)果。超聲波傳感器：通常采用分體式模塊（如HC-SR04），由超聲波發(fā)射頭和接收頭組成。發(fā)射頭負(fù)責(zé)發(fā)射超聲波脈沖，接收頭則負(fù)責(zé)接收反射回來(lái)的回波。電源模塊：為STM32G030微控制器和超聲波傳感器提供穩(wěn)定的電源供應(yīng)。顯示模塊（可選）：用于顯示測(cè)量結(jié)果，如LCD或OLED顯示屏。通信模塊（可選）：如Wi-Fi、藍(lán)牙等，用于將測(cè)量結(jié)果遠(yuǎn)程傳輸至其他設(shè)備或云平臺(tái)。
原理圖
PCB 示意圖
三、軟件設(shè)計(jì)
STM32CubeMX配置：
選擇STM32G030芯片，配置系統(tǒng)時(shí)鐘、GPIO引腳（用于連接超聲波傳感器的Trig和Echo引腳）、定時(shí)器等外設(shè)。配置定時(shí)器為微秒級(jí)計(jì)數(shù)器，用于測(cè)量超聲波的傳輸時(shí)間。
代碼編寫(xiě)：
初始化STM32G030微控制器和超聲波傳感器。編寫(xiě)超聲波發(fā)射與接收的邏輯代碼，包括發(fā)送Trig信號(hào)、檢測(cè)Echo信號(hào)的上升沿和下降沿、讀取定時(shí)器計(jì)數(shù)值等。根據(jù)讀取的定時(shí)器計(jì)數(shù)值和聲速計(jì)算距離。將計(jì)算結(jié)果通過(guò)顯示模塊顯示出來(lái)或通過(guò)通信模塊遠(yuǎn)程傳輸。
主函數(shù)的處理如下
void get_Data(struct CSB_Get *CSB_Struct)
{
int i=0;
unsigned int Status=CSB_Struct->Stttus;
unsigned int Data=0;
if(CSB_Struct->Channel_Count>CSB_Struct->Channel_MAX)
{
CSB_Struct->Channel_Count=0;/*-- 如果當(dāng)前通道計(jì)數(shù)大于 最大通道--那么這次就作廢---*/
return ;
}
else
{
switch(Status)
{
/*--------*/
case Status_Ideal:/*--數(shù)據(jù)采集之前的數(shù)據(jù)初始化工作 ---*/
{
for(i=0;i<CSB_Struct->Channel_MAX;i++)
{
CSB_Struct->CSB_Data_Stable[i]=CSB_Struct->CSB_Curent_Data[i];
SysTemInfo.Sys_Data.CSB_Data[i]=CSB_Struct->CSB_Curent_Data[i]/1000;
}
select(CSB_Struct->Channel_Count); /*-- 選擇發(fā)送通道 --*/
CSB_Struct->TimeOut_Flag=0; /*-- 超時(shí)標(biāo)志清零--*/
CSB_Struct->UART_GetData_Flag=0; /*-- 串口接收數(shù)據(jù)標(biāo)志清零--*/
CSB_Struct->Uart_GetData_Count=0; /*-- 串口接收數(shù)量計(jì)數(shù)清零 ---*/
CSB_Struct->CSB_Curent_Data[CSB_Struct->Channel_Count]=0;/*當(dāng)前通道長(zhǎng)度清零--*/
CSB_Struct->TimeStart_Flag=1;
CSB_Struct->TimeOutCount=0;
CSB_Struct->Uart_Data[0]=0;
CSB_Struct->Uart_Data[1]=0;
CSB_Struct->Uart_Data[2]=0;
CSB_Struct->Stttus=Status_SendCND;
}break;
case Status_SendCND:
{
select(CSB_Struct->Channel_Count); /*-- 選擇發(fā)送通道 --*/
Send_Cmd(); /*-- 發(fā)送超聲波的數(shù)據(jù)采集命令 --*/
timer_enable(TIMER1); /*-- 開(kāi)啟定時(shí)器 -------*/
CSB_Struct->Uart_Data[2]=0;
CSB_Struct->Stttus=Status_WaitReply;
}break;
case Status_WaitReply :
{
if(CSB_Struct->UART_GetData_Flag==1)
{
Data =(Data|(CSB_Struct->Uart_Data[0]<<16) |(CSB_Struct->Uart_Data[1]<<8)|(CSB_Struct->Uart_Data[2]));
CSB_Struct->CSB_Curent_Data[CSB_Struct->Channel_Count]=Data;
CSB_Struct->Channel_Count++;
CSB_Struct->Stttus=Status_Ideal;
}
/*-- 如果超時(shí) --*/
if(CSB_Struct->TimeOut_Flag==1)
{
CSB_Struct->Stttus=Status_TimeOut;
}
}break;
case Status_TimeOut: /*-- 直接跳轉(zhuǎn)到空閑模式，繼續(xù)下一個(gè)通道的測(cè)量 ----*/
{
CSB_Struct->Channel_Count++;
CSB_Struct->TimeStart_Flag=0;
CSB_Struct->TimeOutCount=0;
timer_disable(TIMER1); /*-- 開(kāi)啟定時(shí)器 -------*/
CSB_Struct->Stttus=Status_Ideal;
}break;
/*--------*/
default:
{
CSB_Struct->TimeOut_Flag=0; /*-- 超時(shí)標(biāo)志清零--*/
CSB_Struct->UART_GetData_Flag=0; /*-- 串口接收數(shù)據(jù)標(biāo)志清零--*/
CSB_Struct->Uart_GetData_Count=0; /*-- 串口接收數(shù)量計(jì)數(shù)清零 ---*/
CSB_Struct->Uart_Data[0]=0;
CSB_Struct->Uart_Data[1]=0;
CSB_Struct->Uart_Data[2]=0;
CSB_Struct->Channel_Count=0;
CSB_Struct->TimeStart_Flag=0;
timer_disable(TIMER1); /*-- 開(kāi)啟定時(shí)器 -------*/
}
}
}
}
/*-------------------------------------------------------------------------------------
== 函數(shù)名 ：
== 描 述 ：
== 輸入?yún)?shù) ：
== 返回值 ：NULL
== 備 注 ：NULL
---------------------------------------------------------------------------------------
*/
void CSB_Init(struct CSB_Get *CSB_Struct)
{
CSB_Struct->TimeOut_Flag=0; /*-- 超時(shí)標(biāo)志清零--*/
CSB_Struct->UART_GetData_Flag=0; /*-- 串口接收數(shù)據(jù)標(biāo)志清零--*/
CSB_Struct->Uart_GetData_Count=0; /*-- 串口接收數(shù)量計(jì)數(shù)清零 ---*/
CSB_Struct->CSB_Curent_Data[CSB_Struct->Channel_Count]=0;/*當(dāng)前通道長(zhǎng)度清零--*/
CSB_Struct->Uart_Data[0]=0;
CSB_Struct->Uart_Data[1]=0;
CSB_Struct->Uart_Data[2]=0;
CSB_Struct->Channel_MAX=8; /*-- 設(shè)置最大通道數(shù)量為8 --*/
CSB_Struct->TimeOutSet=100; /*-- 設(shè)置超時(shí)時(shí)間為100ms --*/
CSB_Struct->Channel_Count=0; /*-- 設(shè)置當(dāng)前通道為通道1 ---*/
}
四、性能優(yōu)化與注意事項(xiàng)
提高測(cè)量精度：
選用高精度的超聲波傳感器和定時(shí)器?？紤]溫度對(duì)聲速的影響，進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
減少盲區(qū)：
分體式超聲波傳感器的盲區(qū)較?。s2cm），適用于近距離測(cè)量。如需減小盲區(qū)，可考慮使用更高頻率的超聲波或優(yōu)化傳感器設(shè)計(jì)。
避免干擾：
確保超聲波傳感器周?chē)鸁o(wú)其他干擾源（如其他超聲波設(shè)備、強(qiáng)磁場(chǎng)等）。在測(cè)量過(guò)程中保持傳感器與目標(biāo)之間的直線傳播路徑。
低功耗設(shè)計(jì)：
通過(guò)優(yōu)化代碼和硬件配置實(shí)現(xiàn)低功耗運(yùn)行。在不需要測(cè)量時(shí)關(guān)閉不必要的外設(shè)和模塊以降低功耗。
五、應(yīng)用場(chǎng)景
基于STM32G030的遠(yuǎn)程超聲波測(cè)距儀可廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人導(dǎo)航、智能家居、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。例如，可用于測(cè)量機(jī)器人與障礙物之間的距離以實(shí)現(xiàn)自主避障；或用于監(jiān)測(cè)水位、距離等參數(shù)以實(shí)現(xiàn)智能控制。
綜上所述，基于STM32G030的遠(yuǎn)程超聲波測(cè)距儀具有測(cè)量準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中具有廣泛的前景和價(jià)值。
