實驗要求
一. 采用stm32F103和HC-SR04超聲波模塊， 使用標準庫或HAL庫+ 定時器中斷，完成1或2路的超聲波障礙物測距功能。
1）測試數據包含噪聲，程序需要進行濾波處理；將測距數值通過串口上傳到上位機串口助手；
2）根據障礙物距離遠近，控制一個蜂鳴器（可以用LED燈代替）發出頻率不同的聲音（或LED不同閃爍），即輸出占空比變化的PWM波形；
3）在沒有超聲波模塊硬件的場景下，先使用Keil中的仿真邏輯分析儀，觀察分析對應管腳上的時序波形，判讀是否符合協議規范。
二. 當前智能汽車上一般配置有12路超聲波雷達，這些專用超聲波雷達內置了MCU，直接輸出數字化的測距結果，一般硬件接口采用串口RS485，通信協議采用modbus。請思考：
1）RS485與RS232（UART）有什么不同？
2）Modbus協議是什么？
3）如果讓你設計一款 12路車載超聲波雷達，采用 stm32F103+HC-SR04超聲波模塊，對外提供RS485和Modbus協議，你的設計方案是什么？

一 RS-232

是異步串行通信接口標準之一，規定了連接電纜和機械、電氣特性、信號功能及發送過程

特點：

• 支持全雙工通信
• 波特率可選
• 負邏輯傳送
• 傳送距離較遠

缺點：

• 接口信號電平值較高，易損壞接口電路芯片
• 傳輸速率較低，只有20Kbps
• 共地傳輸，易產生共模干擾
• 傳輸距離有限

引腳定義

通信機理
A向B發送數據：
1、A先設置RTS為1，表示要發數據給B
2、B檢測到RTS為1，先看自己是否準備好：
如果準備好，就設置CTS為1表示A可以發數據給B了
如果沒有準備好，繼續處理自己的數據。弄完了，再將CTS設置為1，讓A發送數據
3、A發現CTS置1后，將數據通過TXD信號線發送出去
4、A每發送一次數據給B之前，都會繼續上面的邏輯
5、A發送完數據后，就將RTS置0，表示數據發送完畢

二 RS485

為針對RS232的缺點，出現了RS485

半雙工網絡

特點

• RS-485的電氣特性：以兩線間的電壓差表示電平1和0
  

• 最高傳輸速率是10Mbps

• 平衡驅動器和差分接收器組合，抗共模干擾能力強，抗噪聲干擾性好

• RS232在總線上只允許連接1個收發器。RS485允許連接多達128個收發器，可使用單一的RS485建立設備網絡

485驅動電路

RXD和TXD是連接串口的，choose是選擇作為接收端還是發送端（二選一）。右邊就輸出A和B，即差分信號的線，與其它的485器件的AB連接。

三 Modbus

• Modbus是一種由Modicon（施耐德電氣公司）于1979年開發的串行通信協議，主要用于可編程邏輯控制器（PLC）和其他工業電子設備之間的通信。
• Modbus網絡遵循主/從模型，其中主站（Master）負責請求信息，而從站（Slave）提供信息。如下圖所示。
  

地址標識：每個從設備都有一個唯一的地址標識。
信息交互：主站可以讀取從站的內部寄存器，也可以向其寫入信息。

四 stm32多路超聲波測距

4.1 設計方案

這里假設設定四路超聲波。設定4個輸入捕獲通道，當超聲波模塊echo收到回波后，即觸發輸入捕獲上升沿，開始echo持續時間的計時，然后下降沿后開始使用公式進行換算，得到距離，通過串口發送出去。其中，著重要考慮以下問題；

• stm32的定時器資源是否足夠，同一定時器可以采用多路記錄超聲波嗎

可知stm32一個定時器有幾個通道，這些通道可以用來進行輸入捕獲，此方案也節省了io口資源。但是需要考慮如何設定定時器計數頻率，以及如何避免這種情況：假設定時器的重載值為200，echo在180時收到上升沿開始計數，會持續50個計數值，即在下一輪的30得到下降沿，此時如果直接使用減法，會造成負數或者不準確數值的問題。所以為了避免這種情況，需要使用一個變量來判斷是否完成了一個計數周期。

• stm32的定時器之間是否會有計數沖突：

在實驗檢驗過程中，單獨測試一個通道時記錄結果大致準確，但是接入兩個模塊時，似乎結果發生了干擾，但無法確認是否是定時器問題還是其它問題，后續有待解決。

• 若采用輪詢（狀態機）方案訪問會出現當一個超聲波停止工作時，其它超聲波也無法正常工作的狀態。

4.2 代碼

GPIO定時器初始化

void GPIO_Init(void) {// 配置Trig引腳為輸出，Echo引腳為輸入RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_2; // Trig1, Trig2GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_3; // Echo1, Echo2GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}void Timer_Init(void) {// 配置定時器用于捕獲Echo信號RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 65535;TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 72-1; // 1MHzTIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x0;TIM_ICInit(TIM2, &TIM_ICInitStructure);TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

Modbus設計

void USART_Init(void) {// 配置USART用于RS485通信RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; // USART1_TXGPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; // USART1_RXGPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);USART_InitTypeDef USART_InitStructure;USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}void Send_Modbus_Response(uint8_t* response, uint8_t length) {// 發送Modbus響應幀for (uint8_t i = 0; i < length; i++) {USART_SendData(USART1, response[i]);while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == RESET);}
}

參考資料

https://blog.csdn.net/LX567567/article/details/139182689?spm=1001.2014.3001.5502
https://mp.weixin.qq.com/s/6wBNP-9SHh1OGiTV51gH1w

總結

進一步了解了RS232及RS485，為后續設計打下基礎。