feat: 集成循迹与超声波驱动并优化控制任务节拍

- 新增 HC-SR04 驱动与测距接口(bsp_sr04)

- 增加循迹状态读取与输出,完善任务内日志

- 调整 CarCtrl 闭环更新周期,匹配霍尔测速周期,降低抖动

- 同步更新 CubeMX/CMake 生成配置与相关引脚定义
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2026-04-14 21:59:49 +08:00
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@@ -1,4 +1,5 @@
#include "bsp_hall.h"
#include "bsp_sr04.h"
/* 霍尔传感器数据结构体定义描述 */
@@ -134,7 +135,10 @@ float hall_update_speed(motor_id_t motor_id, uint32_t interval_ms)
void speed_get(void *argument) {
/* USER CODE BEGIN speed_get */
/* Infinite loop */
for (;;) {
/* 在每 100ms 执行一次的任务中 */
for (int i = 0; i < MOTOR_COUNT; i++) {
hall_update_speed(i, 100);

90
Core/Bsp/bsp_sr04.c Normal file
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@@ -0,0 +1,90 @@
#include "bsp_sr04.h"
#include "cmsis_os.h"
/*
* 声音在 20℃ 时的速度约为 340m/s
* 距离 (cm) = (微秒时间 * 0.0343) / 2
*/
#define SOUND_SPEED_CM_US 0.0343f
static sr04_data_t sr04_dev = {0};
/**
* @brief 使用 DWT (Cortex-M 内部计数器) 实现精准微秒延迟
* @note 72MHz 下计数 72 次即为 1us这是最高精度的延时/计时方式,不占用通用定时器
*/
static void delay_us(uint32_t us)
{
uint32_t start_tick = DWT->CYCCNT;
uint32_t delay_ticks = us * (SystemCoreClock / 1000000);
while ((DWT->CYCCNT - start_tick) < delay_ticks);
}
void sr04_init(void)
{
/* 1. 初始化 DWT 计数器 (Cortex-M3 内核自带) */
CoreDebug->DEMCR |= CoreDebug_DEMCR_TRCENA_Msk;
DWT->CYCCNT = 0;
DWT->CTRL |= DWT_CTRL_CYCCNTENA_Msk;
/* 2. 引脚初始状态 */
HAL_GPIO_WritePin(TRIG_GPIO_Port, TRIG_Pin, GPIO_PIN_RESET);
HAL_Delay(50); // 等待模块内部稳定
sr04_dev.distance = 0.0f;
}
float sr04_measure(void)
{
uint32_t start_time = 0;
uint32_t end_time = 0;
uint32_t timeout_cnt = 0;
/* 0. 确保 Trig 电平已经提前拉低,防止状态异常 */
HAL_GPIO_WritePin(TRIG_GPIO_Port, TRIG_Pin, GPIO_PIN_RESET);
delay_us(5);
/* 1. 发送触发信号:给 20us 宽脉冲(新版 HC-SR04 常需更稳的触发) */
HAL_GPIO_WritePin(TRIG_GPIO_Port, TRIG_Pin, GPIO_PIN_SET);
delay_us(25);
HAL_GPIO_WritePin(TRIG_GPIO_Port, TRIG_Pin, GPIO_PIN_RESET);
/* 2. 等待 Echo 引脚变高 (开始计时) */
// 超时判断改为 10ms (Echo 通常在 Trig 后很快变高)
timeout_cnt = HAL_GetTick();
while (HAL_GPIO_ReadPin(ECHO_GPIO_Port, ECHO_Pin) == GPIO_PIN_RESET) {
if ((HAL_GetTick() - timeout_cnt) > 10) {
// 如果死活等不到高电平,说明模块没被触发或 ECHO 引脚接线/电平不对
sr04_dev.distance = 0.0f;
return 0.0f;
}
}
start_time = DWT->CYCCNT;
/* 3. 等待 Echo 引脚变低 (结束计时) */
while (HAL_GPIO_ReadPin(ECHO_GPIO_Port, ECHO_Pin) == GPIO_PIN_SET) {
// 简单保护以防挂死,超过 30ms (5米) 强退
if ((DWT->CYCCNT - start_time) > (SystemCoreClock / 33)) break;
}
end_time = DWT->CYCCNT;
/* 4. 精准计算距离 */
// 振荡次数 / (频率 / 1000000) = 微秒数
float duration_us = (float)(end_time - start_time) / (SystemCoreClock / 1000000);
// 距离 (cm) = (时间 * 声速) / 2
// 在这里我们加一个微小的补偿,如果 duration_us 过小也视为 0
if (duration_us < 5.0f) {
sr04_dev.distance = 0.0f;
} else {
sr04_dev.distance = (duration_us * SOUND_SPEED_CM_US) / 2.0f;
}
sr04_dev.last_tick = HAL_GetTick();
return sr04_dev.distance;
}
float sr04_get_distance(void)
{
return sr04_dev.distance;
}

33
Core/Bsp/bsp_sr04.h Normal file
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@@ -0,0 +1,33 @@
#ifndef __BSP_SR04_H
#define __BSP_SR04_H
#include "main.h"
/**
* @brief 超声波模块数据结构
*/
typedef struct {
float distance; // 测量距离 (单位: cm)
uint32_t last_tick; // 上次测量时间戳
} sr04_data_t;
/**
* @brief 超声波模块初始化
* @note 由于没有空闲硬件定时器捕获通道,本驱动采用 GPIO + 软件计数/HAL_GetTick 的方式
* 建议在 main.c 中确保 TRIG 引脚初始电平为低。
*/
void sr04_init(void);
/**
* @brief 触发一次测距
* @return float 返回当前测量距离 (cm)。若超时或错误返回 -1.0
*/
float sr04_measure(void);
/**
* @brief 获取最近一次测量的距离接口
* @return float 距离 (cm)
*/
float sr04_get_distance(void);
#endif /* __BSP_SR04_H */

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@@ -348,8 +348,11 @@ void CarCtrl_Task(void *argument) {
/* 2. 执行 PID 闭环控制更新 */
CarCtrl_UpdateClosedLoop();
/* 闭环频率建议20ms 次 (50Hz) */
osDelay(20);
/*
* 与 hall_update_speed() 的 100ms 采样周期对齐,避免 PID 使用过期速度反复修正。
* 如果后续把测速周期改成 20ms这里也要同步改回 20ms。
*/
osDelay(100);
}
/* USER CODE END CarCtrl_Task */
}