Ultrazvukový měřič vzdálenosti HC-SR04 RCWL-9610

/*
 * Měření vzdálenosti čidlem HC-SR04 v režimu trigger - echo
 * na Raspberry Pi Pico
 *
 * (c) Jirka Chráska 2025; jirka@lixis.cz. Všechna práva vyhrazena.
 *
 * Redistribuce a použití zdrojových i binárních forem díla,
 * v původním i upravovaném tvaru, jsou povoleny za následujících podmínek:
 *
 * Šířený zdrojový kód musí obsahovat výše uvedenou informaci o copyrightu,
 * tento seznam podmínek a níže uvedené zřeknutí se odpovědnosti.
 *
 * Šířený binární tvar musí nést výše uvedenou informaci o copyrightu, tento seznam podmínek
 * a níže uvedené zřeknutí se odpovědnosti ve své dokumentaci
 * a/nebo dalších poskytovaných materiálech.
 *
 * Ani jméno vlastníka práv, ani jména přispěvatelů nemohou být použita při podpoře
 * nebo právních aktech  * souvisejících s produkty odvozenými z tohoto softwaru
 * bez výslovného písemného povolení.

 * TENTO SOFTWARE JE POSKYTOVÁN DRŽITELEM LICENCE A JEHO PŘISPĚVATELI „JAK STOJÍ A LEŽÍ“
 * A JAKÉKOLIV VÝSLOVNÉ NEBO PŘEDPOKLÁDANÉ ZÁRUKY VČETNĚ, ALE NEJEN, PŘEDPOKLÁDANÝCH OBCHODNÍCH
 * ZÁRUK  A ZÁRUKY VHODNOSTI PRO JAKÝKOLIV ÚČEL JSOU POPŘENY. DRŽITEL, ANI PŘISPĚVATELÉ NEBUDOU
 * V ŽÁDNÉM PŘÍPADĚ  ODPOVĚDNI ZA JAKÉKOLIV PŘÍMÉ, NEPŘÍMÉ, NÁHODNÉ, ZVLÁŠTNÍ, PŘÍKLADNÉ NEBO
 * VYPLÝVAJÍCÍ ŠKODY (VČETNĚ, ALE NEJEN, ŠKOD VZNIKLÝCH NARUŠENÍM DODÁVEK ZBOŽÍ NEBO SLUŽEB;
 * ZTRÁTOU POUŽITELNOSTI, DAT NEBO ZISKŮ; NEBO PŘERUŠENÍM OBCHODNÍ ČINNOSTI) JAKKOLIV ZPŮSOBENÉ
 * NA ZÁKLADĚ JAKÉKOLIV TEORIE O ZODPOVĚDNOSTI, AŤ UŽ PLYNOUCÍ Z JINÉHO SMLUVNÍHO VZTAHU,
 * URČITÉ ZODPOVĚDNOSTI NEBO PŘEČINU (VČETNĚ NEDBALOSTI) NA JAKÉMKOLIV ZPŮSOBU POUŽITÍ TOHOTO
 * SOFTWARE, I V PŘÍPADĚ, ŽE DRŽITEL PRÁV BYL UPOZORNĚN NA MOŽNOST TAKOVÝCH ŠKOD.
 */

#include "pico/stdlib.h"
#include "hardware/structs/iobank0.h"
#include <stdio.h>
#include "hardware/gpio.h"
#include "pico/time.h"
#include "pico/types.h"


uint TRIGGER_PIN = 0;
uint ECHO_PIN    = 1;
uint LED_PIN     = 25;

// přehled událostí na pinu
uint32_t gpio_get_events(uint gpio)
{
    int32_t mask = 0xF << 4 * ( gpio % 8 );
return (iobank0_hw->intr[gpio / 8] & mask) >> 4 * ( gpio % 8 );
}

// vymazání událostí na pinu
void gpio_clear_events(uint gpio, uint32_t events)
{
    gpio_acknowledge_irq(gpio, events);
}

// inicializace ultrazvukového čidla HC-SR04 (klasického)
void uzcidlo_init( uint trigger_pin, uint echo_pin  )
{
    gpio_init(trigger_pin);
    gpio_init(echo_pin);
    gpio_set_dir( trigger_pin, GPIO_OUT);
    gpio_set_dir( echo_pin, GPIO_IN);
    gpio_pull_down( echo_pin );
    gpio_put(trigger_pin, 0);
}

// měření vzdálenosti v centimetrech
// měříme dobu mezi náběžnou a sestupnou hranou na echo pinu,
// polovina doby vynásobená rychlostí zvuku nám dá vzdálenost
// funkce vrací vzdálenost v centimetrech, v případě chyby vrací -1
float mer_vzdalenost(uint trigger_pin, uint echo_pin )
{
float centimetry = -1.0;
uint64_t t, rtime, ftime;
int i = 0;
uint32_t rise=0, fall=0;

    gpio_put(trigger_pin, 1);
    sleep_us(10);
    gpio_put(trigger_pin, 0);
    t = time_us_64();
    gpio_clear_events( echo_pin, GPIO_IRQ_EDGE_RISE | GPIO_IRQ_EDGE_FALL );
    // čekáme na nábežnou hranu na ECHO pinu
    do {
        rise = (gpio_get_events(echo_pin) & GPIO_IRQ_EDGE_RISE);
        if( rise ) {
            rtime = time_us_64();
            break;
        }
        i++;
    } while ( i<400000 ); // toto je timeout, když nedostáváme z čidla nic
    // tento timeout je možné odstranit, ale má to za následek, že při poruše čidla
    // nebo jeho připojení program bude viset a celé Pico se zakousne

    if( ! rise ) { // nedostal jsem náběžnou hranu v časovém limitu
        return centimetry;
    }
    gpio_clear_events( echo_pin, GPIO_IRQ_EDGE_RISE | GPIO_IRQ_EDGE_FALL );
    i = 0;
    // čekáme na sestupnou hranu na ECHO pinu
    do {
        fall = (gpio_get_events(echo_pin) & GPIO_IRQ_EDGE_FALL);
        if( fall ) {
            ftime = time_us_64();
            break;
        }
        i++;
    } while ( i<400000 ); // toto je timeout, když nedostáváme z čidla nic
    // tento timeout je možné odstranit, ale má to za následek, že při poruše čidla
    // nebo jeho připojení program bude viset a celé Pico se zakousne

    if( ! fall ) { // nedostal jsem sestupnou hranu v časovém limitu
        return centimetry;
    }
    // rozdíl času mezi sestupnou a náběžnou hranou/2 * rychlost zvuku dává vzdálenost
    centimetry = (ftime-rtime)*0.5*0.0343;

    // printf("ftime - rtime: %llu us;  vzdálenost %5.1f cm, měření trvalo: %llu us. \n",
    //        ftime-rtime, centimetry, ftime-t);
return centimetry;
}

// testování měření
// -----------------------------------------------------------------------
int main() {
float vzdalenost;
    stdio_init_all();
    sleep_ms(2000);
    // nastavení ultrazvukového čidla HC-SR04
    uzcidlo_init( TRIGGER_PIN, ECHO_PIN);
    printf("Měření vzdálenosti čidlem HC-SR04.\n");

    gpio_init( LED_PIN );
    gpio_set_dir( LED_PIN, GPIO_OUT);
    while (true) {
        // blikáme LEDkou, abychom viděli, že žijeme
        gpio_put( LED_PIN, 1);
        sleep_ms(200);
        vzdalenost = mer_vzdalenost(TRIGGER_PIN, ECHO_PIN);
        if( vzdalenost > 0.0 ) {
            printf( "Nejbližší objekt je %5.1f cm vzdálen.\n", vzdalenost );
        } else {
            printf( "Chyba měření.\n");
        }
        gpio_put( LED_PIN, 0);
        sleep_ms(800);
    }
}
// -----------------------------------------------------------------------

Měření vzdálenosti čidlem HC-SR04.
Nejbližší objekt je  10.8 cm vzdálen.
Chyba měření.
Nejbližší objekt je  10.3 cm vzdálen.
Chyba měření.
Nejbližší objekt je  10.8 cm vzdálen.
Chyba měření.
Nejbližší objekt je  10.7 cm vzdálen.
Chyba měření.
Nejbližší objekt je  10.8 cm vzdálen.
Chyba měření.
Nejbližší objekt je  10.7 cm vzdálen.
Chyba měření.
Nejbližší objekt je   8.7 cm vzdálen.
Nejbližší objekt je  29.7 cm vzdálen.
Nejbližší objekt je  28.4 cm vzdálen.
Nejbližší objekt je  27.9 cm vzdálen.
Nejbližší objekt je  28.5 cm vzdálen.
Nejbližší objekt je  28.5 cm vzdálen.
Nejbližší objekt je  28.5 cm vzdálen.
Nejbližší objekt je  29.8 cm vzdálen.
Nejbližší objekt je  28.9 cm vzdálen.
Nejbližší objekt je  28.5 cm vzdálen.
Nejbližší objekt je  28.5 cm vzdálen.
Nejbližší objekt je  28.5 cm vzdálen.
Nejbližší objekt je  28.5 cm vzdálen.
Nejbližší objekt je  28.5 cm vzdálen.
Nejbližší objekt je  29.4 cm vzdálen.
Nejbližší objekt je  29.8 cm vzdálen.
Nejbližší objekt je  28.5 cm vzdálen.
Nejbližší objekt je  28.5 cm vzdálen.
Nejbližší objekt je  28.5 cm vzdálen.
Nejbližší objekt je  28.1 cm vzdálen.
Nejbližší objekt je  28.5 cm vzdálen.
Nejbližší objekt je  28.5 cm vzdálen.
Nejbližší objekt je  28.9 cm vzdálen.
Nejbližší objekt je  29.8 cm vzdálen.

DistanceSensor(PIO pio, uint sm, uint trigger_gpio); (1)

// Include the library
#include <stdio.h>
#include "pico/stdlib.h"
#include "distance_sensor.h"

int main() {

    stdio_init_all();
    // Create an instance of the sensor
    // specify the pio, state machine, and gpio pin connected to trigger
    // echo pin must be on gpio pin trigger + 1.
    DistanceSensor hcsr04{pio0, 0, 0}; // pio0, state machine 0, GPIO0

    while(1) {
        // Trigger background sense
        hcsr04.TriggerRead();

        // wait for sensor to get a result
        while (hcsr04.is_sensing) {
            sleep_us(10);
        }

        // Read result
        printf("Reading %d centimeters\n", hcsr04.distance);
        sleep_ms(1000);
    }
}

cmake_minimum_required(VERSION 3.13)
include(pico_sdk_import.cmake)

project(vzdalenost1 C CXX ASM)
set(CMAKE_C_STANDARD 11)
set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)
pico_sdk_init()

include_directories(
    pico-distance-sensor/include
)

add_executable(vzdalenost1
	main.cxx
)

add_subdirectory(pico-distance-sensor)

target_link_libraries(vzdalenost1
                      pico_stdlib
                      hardware_pio
                      hardware_irq
                      distance-sensor
)

pico_enable_stdio_usb(vzdalenost1 1)
pico_enable_stdio_uart(vzdalenost1 0)

pico_add_extra_outputs(vzdalenost1)

git clone https://github.com/dangarbri/pico-distance-sensor

cd mereni_vzdalenosti_HC-SR04
mkdir build
cd build
cmake ..
make -j12

Reading 78 centimeters
Reading 34 centimeters
Reading 27 centimeters
Reading 48 centimeters
Reading 58 centimeters
Reading 49 centimeters
Reading 58 centimeters
Reading 58 centimeters
Reading 58 centimeters
Reading 49 centimeters
Reading 58 centimeters
Reading 48 centimeters
Reading 47 centimeters
Reading 46 centimeters
Reading 45 centimeters
Reading 46 centimeters
Reading 53 centimeters
Reading 51 centimeters
Reading 50 centimeters
Reading 49 centimeters
Reading 48 centimeters
Reading 38 centimeters
Reading 47 centimeters
Reading 47 centimeters