CSDN链接

https://blog.csdn.net/2201_75319686/article/details/142662796?spm=1001.2014.3001.5501

工程文件链接： https://pan.baidu.com/s/1-LqQIOwF77NHi4bdWfKIwg?pwd=f4mc

一、设计方案

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本超声波测距系统主要由四个模块组成，分别为：

DHT22（AM2302）温、湿度采集模块，为本系统自动校正部分的核心，负责温、湿度补偿中的温、湿度数据采集；

HC-SR04超声波测距模块，为本系统测距部分的核心，负责发射、接收超声波用于测量；

0.96寸OLED显示模块，为本系统数据可视化部分的核心，负责各项数据的显示；

STMF103微控制器，为本系统核心，负责控制操作各个外设。

另有三个按键分别作为“+”键、“-”键与重置键，用于补偿值的调整，负责测量值的手动校正。（可根据需要改为报警值，并加上led或者蜂鸣器报警）

二、基本电路连接

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三、各模块代码

1.main函数

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#include "stm32f10x.h"
#include "OLED.h"
#include "AM2302.h"  
#include "HC_SR04.h"
#include "Key.h"

uint32_t Distance;                  // 存储距离值（单位：厘米）
uint16_t Humidity, Temperature;     // 存储温湿度数据
float sound_speed_M_S;              // 声速（单位：米/秒）
uint8_t KeyNum = 0;                 // 按键编号
int16_t compensation_value = 0;     // 距离补偿值（单位：毫米）

void System_Init(void);             // 系统初始化函数声明
void getData(void);                 // 获取传感器数据函数声明
void Data_Show(void);               // 显示数据函数声明

int main(void)
{
    // 初始化系统
    System_Init();
    
    while (1)
    {
        KeyNum = Key_GetNum();  // 获取按键输入
        
        // 根据按键控制补偿值的变化
        if(KeyNum == 1){
            compensation_value += 1;  // 增加补偿值
        }
        if(KeyNum == 2){
            compensation_value -= 1;  // 减小补偿值
        }
        if(KeyNum == 3){
            compensation_value = 0;  // 重置补偿值
        }
        
        // 获取并计算传感器数据
        getData();
        
        // 显示计算结果
        Data_Show();
    }
}

// 系统初始化函数
void System_Init(void){
    // 初始化OLED显示屏
    OLED_Init();
    OLED_ShowString(2, 4, "Loading...");  // 显示加载信息
    
    // 初始化其他外设
    Key_Init();        // 初始化按键
    AM2302_Init();     // 初始化AM2302温湿度传感器
    Drv_Hcsr04_Init(); // 初始化HC-SR04超声波传感器
    
    OLED_Clear();      // 清屏
}

// 获取数据函数
void getData(){
    // 获取温湿度传感器数据
    AM2302(&Humidity, &Temperature);
    
    // 根据温湿度计算距离
    Distance = getDistance(Humidity, Temperature, &sound_speed_M_S);
    
    // 应用补偿值
    Distance += compensation_value;
    
    // 化整数方便拆分
    sound_speed_M_S *= 1000;
}

// 显示数据函数
void Data_Show(){
    uint8_t D_Line = 1, V_Line = 2, H_Line = 3, T_Line = 4; 
    int16_t abs_cp_value = (compensation_value < 0) ? -compensation_value : compensation_value;  // 计算补偿值的绝对值
    
    // 显示距离
    OLED_ShowString(D_Line, 1, "D: ");
    OLED_ShowNum(D_Line, 4, Distance / 10, 4); // 显示距离（整数部分）
    OLED_ShowString(D_Line, 8, ".");          // 小数点
    OLED_ShowNum(D_Line, 9, Distance % 10, 1); // 显示距离（小数部分）
    OLED_ShowString(D_Line, 11, "CM");        // 单位（厘米）
    
    // 显示声速
    OLED_ShowString(V_Line, 1, "V: ");
    OLED_ShowNum(V_Line, 4, sound_speed_M_S / 1000, 4); // 显示声速（整数部分）
    OLED_ShowString(V_Line, 8, ".");            // 小数点
    OLED_ShowNum(V_Line, 9, (int)sound_speed_M_S % 1000, 3); // 显示声速（小数部分）
    OLED_ShowString(V_Line, 12, "M/S");         // 单位（米/秒）
    
    // 显示湿度
    OLED_ShowString(H_Line, 1, "H: ");
    OLED_ShowNum(H_Line, 4, Humidity / 10, 2); // 显示湿度（整数部分）
    OLED_ShowString(H_Line, 6, ".");            // 小数点
    OLED_ShowNum(H_Line, 7, Humidity % 10, 1);  // 显示湿度（小数部分）
    OLED_ShowString(H_Line, 8, "%");            // 单位（百分比）
    
    // 显示温度
    OLED_ShowString(T_Line, 1, "T: ");
    OLED_ShowNum(T_Line, 4, Temperature / 10, 2); // 显示温度（整数部分）
    OLED_ShowString(T_Line, 6, ".");             // 小数点
    OLED_ShowNum(T_Line, 7, Temperature % 10, 1); // 显示温度（小数部分）
    OLED_ShowString(T_Line, 8, "C");             // 单位（摄氏度）
    
    // 显示补偿值
    OLED_ShowString(T_Line, 10, "B:");
    if(compensation_value < 0){  // 判断补偿值是否为负
        OLED_ShowString(T_Line, 12, "-"); // 显示负号
    }
    else{
        OLED_ShowString(T_Line, 12, "+");  // 显示正号或空格
    }
    OLED_ShowNum(T_Line, 13, abs_cp_value, 2); // 显示补偿值的绝对值
    OLED_ShowString(T_Line, 15, "mm");         // 单位（毫米）
}

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注：以下其它模块代码均来源于其它博文，只在其基础上做了些修改。

2.HC_SR04（原博文链接：【STM32F103】HC-SR04超声波测距模块详解（附工程文件）_hcsro4超声波测距模块-CSDN博客）

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#include "HC_SR04.h"

// 定义全局变量
uint8_t flag = 0;             // 用于记录中断信号是上升沿还是下降沿
uint32_t number = 0;          // 记录定时器中断的次数
uint32_t times = 0;           // 记录回响信号的持续时间

// 初始化HC-SR04超声波模块
void Drv_Hcsr04_Init(void) {
    // 初始化GPIO口，Trig使用推挽输出，Echo使用浮空输入
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);        // 使能GPIOA的外设时钟
    GPIO_InitTypeDef itd;
    
    // 配置Trig引脚为推挽输出模式
    itd.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;                            // 选择推挽输出模式
    itd.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;                                   // 配置GPIO_Pin_6
    itd.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;                           // 设置引脚速度为50MHz
    GPIO_Init(GPIOA, &itd);                                       // 初始化GPIOA引脚

    // 配置Echo引脚为浮空输入模式
    itd.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;                       // 选择浮空输入模式
    itd.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;                                   // 配置GPIO_Pin_7
    GPIO_Init(GPIOA, &itd);                                       // 初始化GPIOA引脚

    // 配置外部中断源
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);         // 使能AFIO的外设时钟
    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource7);  // 配置外部中断源和中断通道

    // 配置EXTI中断
    EXTI_InitTypeDef itd1;
    itd1.EXTI_Line = EXTI_Line7;                                 // Echo信号使用端口7, 选择7号中断线
    itd1.EXTI_LineCmd = ENABLE;                                  // 使能该中断线
    itd1.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;                         // 配置为中断模式
    itd1.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising_Falling;             // 上升沿和下降沿都触发中断
    EXTI_Init(&itd1);                                            // 初始化外部中断配置

    // 配置NVIC优先级
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);              // 设置中断分组
    NVIC_InitTypeDef itd2;
    itd2.NVIC_IRQChannel = EXTI9_5_IRQn;                         // 配置使用EXTI9_5_IRQn中断通道
    itd2.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;                            // 使能该中断通道
    itd2.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;                  // 设置抢占优先级
    itd2.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;                         // 设置响应优先级
    NVIC_Init(&itd2);                                            // 初始化中断优先级配置

    // 配置定时器 100us
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);         // 使能定时器2时钟
    TIM_TimeBaseInitTypeDef itd3;
    itd3.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;                       // 定时器时钟分频1
    itd3.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;                   // 向上计数模式
    itd3.TIM_Period = 72 - 1;                                    // 定时器计数周期     
    itd3.TIM_Prescaler = 100 - 1;                                // 设置预分频器
    itd3.TIM_RepetitionCounter = 0;                              // 高级定时器特有参数
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &itd3);                               // 初始化定时器2
    
    // 使能定时器2的中断
    TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);                   // 使能定时器更新中断
    TIM_InternalClockConfig(TIM2);                               // 选择内部时钟作为定时器时钟源

    // 配置定时器的NVIC中断优先级
    NVIC_InitTypeDef itd4;
    itd4.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;                            // 配置定时器2的中断通道
    itd4.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;                            // 使能该中断
    itd4.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;                  // 设置抢占优先级
    itd4.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;                         // 设置响应优先级
    NVIC_Init(&itd4);                                            // 初始化中断优先级配置
}

// 定时器中断处理函数
void TIM2_IRQHandler(void) {
    if (SET == TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_FLAG_Update)) {
        number++;  // 每次定时器中断时，将计数次数增加1
        TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_FLAG_Update); // 清除中断标志位
    }
}

// 外部中断处理函数
void EXTI9_5_IRQHandler(void) {
    if (SET == EXTI_GetITStatus(EXTI_Line7)) {
        if (flag == 0) {
            // 上升沿，回响电平开始，启动定时器
            number = 0; 
            flag = 1; // 标记为上升沿
            TIM_SetCounter(TIM2, 0); // 重置定时器计数
            TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);   // 启动定时器
        } else {
            // 下降沿，回响电平结束，停止计时
            TIM_Cmd(TIM2, DISABLE); // 停止定时器
            flag = 0;               // 标记为下降沿
            times = number * 100 + TIM_GetCounter(TIM2);  // 计算回响电平的持续时间（us）
        }
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line7); // 清除中断挂起标志
    }
}

// 计算声速（单位：mm/us）
float getSoundSpeed(uint16_t Humidity, uint16_t Temperature) {
    float K1 = 0.606, K2 = 0.0124;  // 声速公式的常数
    float Humidity_Actual = Humidity / 10.0;  // 将湿度转换为实际值（单位：%）
    float Temperature_Actual = Temperature / 10.0;  // 将温度转换为实际值（单位：°C）

    // 根据湿度和温度计算声速
    float sound_speed = (331.3 + K1 * Temperature_Actual + K2 * Humidity_Actual) / 1000.0;  // 单位为mm/us
    return sound_speed;
}

// 获取距离（单位：mm），返回声速（单位：m/s）
uint32_t getDistance(uint16_t Humidity, uint16_t Temperature, float* sound_speed_M_S) {
    uint32_t distance = 0; // 存储测量的距离
    float sound_speed = getSoundSpeed(Humidity, Temperature); // 获取声速
    *sound_speed_M_S = sound_speed * 1000;  // 转换为米每秒（m/s）

    uint32_t measurements[11];  // 存储11次测距结果
    uint32_t N = 11;  // 采样次数

    for (int i = 0; i < N; ++i) {
        GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_6);  // 发送Trig信号
        Delay_us(15);  // 持续15us的高电平
        GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_6); // 拉低Trig信号
        Delay_ms(65);  // 等待Echo信号返回
        measurements[i] = times * sound_speed / 2;  // 计算并存储距离（单位：mm）
    }

    // 使用冒泡排序对测量结果进行排序
    for (int i = 0; i < N - 1; ++i) {          // 外层循环
        for (int j = 0; j < N - 1 - i; ++j) {  // 内层循环
            if (measurements[j] > measurements[j + 1]) {
                uint32_t temp = measurements[j];
                measurements[j] = measurements[j + 1];
                measurements[j + 1] = temp;  // 交换
            }
        }
    }

    // 去掉最大值和最小值，计算剩余数据的平均值
    for (int i = 1; i < N-1; ++i) {
        distance += measurements[i];
    }
    distance /= (N - 2);  // 返回去除异常值后的平均距离

    return distance;
}

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3.DHT22/AM2302（原博文链接：SRM32fx103驱动AM2302温湿度传感器_am2302引脚-CSDN博客）

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#include "AM2302.h"

// 定义湿度、温度相关的变量
uint8_t Hum_H, Hum_L, Temp_H, Temp_L, Check;

// 输出模式下，设置引脚高电平或低电平
void AM2302_DATA_OUT(uint8_t a)
{
    if(a == 1)
    {
        GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_9); // 设置引脚为高电平
    }
    else if(a == 0)
    {
        GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_9); // 设置引脚为低电平
    }
}

// 输入模式下，读取引脚是高电平还是低电平
uint8_t AM2302_DATA_IN(void)
{
    uint8_t a;
    a = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_9); // 读取引脚电平
    return a;
}

// 设置引脚为推挽输出模式
void AM2302_OUT(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); // 使能GPIOA时钟
    
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; // 配置引脚9
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; // 推挽输出模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // 设置引脚速度
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // 初始化GPIOA引脚
}

// 设置引脚为上拉输入模式
void AM2302_IN(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); // 使能GPIOA时钟
    
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; // 配置引脚9
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; // 上拉输入模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // 设置引脚速度
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // 初始化GPIOA引脚
}

// 读取一个字节的数据
uint8_t Read_Byte(void)
{
    uint8_t i, temp = 0;
    for(i = 0; i < 8; i++) // 循环8次读取一个字节的数据
    {
        while(AM2302_DATA_IN() == 0); // 等待引脚为高电平
        Delay_us(50); // 延时50us
        
        if(AM2302_DATA_IN() == 1) // 如果引脚保持高电平
        {
            while(AM2302_DATA_IN() == 1); // 等待高电平结束
            
            temp |= (uint8_t)(0x01 << (7 - i)); // 将当前位设置为1
        }
        else
        {
            temp &= (uint8_t)~(0x01 << (7 - i)); // 将当前位设置为0
        }
    }
    return temp;
}

// 初始化AM2302传感器，设置2秒的启动延时
void AM2302_Init(void)
{
    AM2302_OUT(); // 设置为输出模式
    AM2302_DATA_OUT(1); // 输出高电平
    
    Delay_ms(2000); // 延时2秒等待传感器启动
}

// 读取AM2302传感器的数据
void Read_AM2302(void)
{
    AM2302_OUT(); // 设置为输出模式
    AM2302_DATA_OUT(0); // 拉低引脚，开始通信
    Delay_us(1800); // 延时1.8ms
    AM2302_DATA_OUT(1); // 拉高引脚，准备接收数据
    Delay_us(30); // 延时30us

    AM2302_IN(); // 设置为输入模式
    if(AM2302_DATA_IN() == 0) // 判断AM2302是否返回响应信号
    {
        while(AM2302_DATA_IN() == 0); // 等待80ms的低电平响应
        while(AM2302_DATA_IN() == 1); // 等待80ms的高电平响应

        Hum_H = Read_Byte(); // 读取湿度高字节
        Hum_L = Read_Byte(); // 读取湿度低字节
        Temp_H = Read_Byte(); // 读取温度高字节
        Temp_L = Read_Byte(); // 读取温度低字节
        Check = Read_Byte(); // 读取校验字节

        AM2302_OUT(); // 设置为输出模式
        AM2302_DATA_OUT(1); // 拉高引脚
        Delay_us(50); // 延时50us
    }
    else
    {
        OLED_Clear(); // 清除OLED显示屏
        OLED_ShowString(2, 1, "Error!"); // 显示错误信息
    }
}

// 获取温湿度数据并返回
void AM2302(uint16_t* Humidity, uint16_t* Temperature)
{
    // 读取 DHT22 温湿度数据
    Read_AM2302(); // 读取传感器数据
    
    *Humidity = (Hum_H * 256 + Hum_L); // 湿度数据
    *Temperature = Temp_H * 256 + Temp_L; // 温度数据，为实际10倍
}

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OLED模块与Key的代码使用了B站江科协的。

四、实物展示

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