简介：一套基于STM32的三路超声波自动跟随小车完整工程，面向嵌入式入门者、电子竞赛选手及智能车爱好者，可用于课程设计或动手实践。项目通过三个超声波传感器采集前方不同方位距离数据，由STM32解析并控制电机，实现目标跟随，涉及GPIO配置、定时器中断、PWM调速和简单控制策略，具备典型学习价值。压缩包共309个文件，大小约8.45MB，主要包含C/H源码、Keil与IAR工程文件（.uvproj、.ewp）、编译生成的axf/hex文件以及调试辅助脚本，目录结构完整，可直接在集成环境中打开编译或烧录验证。已有2403人学习使用，说明该方案受到一定认可。资料不仅提供可运行代码，还保留引脚分配与硬件配置文件，方便结合原理图理解接线；主函数留有优化空间，适合在此基础上尝试PID或模糊逻辑改进，是综合练习STM32、传感器应用与嵌入式控制的好素材。
1. STM32三路超声波自动跟随小车：先弄懂这套资源解决什么问题
三路超声波自动跟随小车，不是把三个HC-SR04往车头一贴就能跑。只用一个超声波模块，目标从侧面一过就丢；用三路之后，才有“左、中、右”的距离信息，小车才能判断人站在哪个方向、该直行、转弯还是停下。这套资源的重点不在那几行C代码，而在三路超声波的轮询采集、跟随状态机、PWM差速输出，以及跑起来才会遇到的硬核坑。适合刚做完循迹车、想让它追着人跑的开发者，也适合课程设计阶段需要交一个完整演示项目的人。
2. 硬件选型与测距方案：三路HC-SR04怎么排布，为什么单路必翻车
2.1 从底盘到驱动板：先定转向结构
自动跟随小车首先需要一个能差速转向的底盘，双电机加万向轮最常用。两个后轮独立驱动，靠左右轮速度差转弯，比舵机前轮转向结构简单，也更容易用PWM控制。STM32最小系统板选择上，资源包一般以F103C8T6为主，Flash和RAM都够用，关键是定时器和外部中断资源足够三路超声波和两路电机PWM分配。
驱动板优先选TB6612FNG，它的逻辑电流小、饱和压降低，能用3.3V逻辑电平直接驱动，非常适合和STM32配套。L298N不是不能用，但它的导通压降大，电机的电流会把逻辑电压拖得不稳定，超声波模块跟着遭殃。选底盘时还要看电机参数，常见小型减速电机额定电压6V，空载电流100mA左右，堵转电流可能到1.5A。TB6612每路最大输出1.2A，刚好卡着用。如果你换了更大扭矩的电机，就得上BTN7971或者MOS H桥，否则驱动板过热限流，小车表现为“跑两步就动不了，停一会又活了”。
接线之前要先确认三路Echo引脚都支持外部中断。我习惯把左、中、右三路Trig放在PA0、PA2、PA4，Echo放在PA1、PA3、PA5，这六个引脚分布在EXTI0到EXTI5上，每条中断线独立，不会互相抢占。PA8和PA9输出TIM1的通道一、通道二，分别驱动左、右电机PWM。方向控制引脚用PB3、PB4这样的普通GPIO即可，不用复用功能。
2.2 三路超声波布局：角度比数量更重要
HC-SR04测距原理不复杂。给Trig引脚一个10us以上的高电平，模块内部发出40kHz超声波脉冲，接收探头等待回波；回波到达后，Echo引脚输出一个高电平，高电平持续时间就是声波往返的总时间。距离计算公式是：高电平时间（us）乘以声速340m/s，除以2得到单程距离，再换算成cm。我一般直接写distance = echo_width * 0.017，误差在可接受范围内。
三个模块怎么摆，直接决定跟随效果。前向模块装在车头正中，负责判断“跟不跟得上”；左、右模块各偏向斜前方25到30度，负责“目标往哪跑”。为什么不是正左正右？正侧方安装只能测到车身两侧的障碍物，目标走到侧前方时探头已经在盲区里，左右两路同时报出远距离，控制逻辑就会丢掉目标。偏斜安装之后，三路测距值才能形成“目标越靠右，右路距离越近、左路距离越远”的对比关系，转向就有依据了。
模块之间的间距也要留意，我习惯让相邻探头中心距不小于8cm，最好10cm以上。HC-SR04的波束角大约60度，装得太近，左侧模块发出的声波会直接打到右侧模块的接收探头上，造成基线串扰。上螺钉时最好加橡胶垫片，减小电机震动传到模块外壳引起的误触发。
2.3 电平匹配与供电：两个最常见的预埋坑
STM32F103的GPIO不是所有引脚都5V容忍，HC-SR04在5V供电时Echo输出0V到5V的方波。很多人直接把这根线接到PA1、PA3、PA5上，短时间能跑，但长期运行或电机干扰大的时候，IO口内部保护二极管容易出问题，测距值会突然跳成一个大数。我的做法是Echo引脚先串联一个1kΩ电阻，然后再用一个1kΩ电阻对地分压，把5V降到2.5V左右，保证逻辑高电平超过STM32的阈值但又不会超过3.3V。Trig引脚直接由STM32输出3.3V，HC-SR04的Trig高电平阈值大概在1.8V，能可靠触发，不需要额外转换。
供电是另一个大坑。单个HC-SR04工作时瞬时电流能到20到30mA，三路同时跑接近100mA，如果和电机共用一路5V，电机一转电压就会剧烈波动。正确做法是电池电压先到电机驱动板，驱动板再输出逻辑电源给STM32和超声模块，这路5V和电机主电源分开。如果条件有限只能共用，就在超声模块电源脚旁边加100uF电解电容和0.1uF瓷片电容，放在模块插座附近；地线也分开走，最后在电池负极单点汇合。这个单点接地原则，能解决后面一半的测距乱跳问题。
3. 从CubeMX到跟随状态机：这套代码到底怎么落地
3.1 CubeMX引脚规划与定时器分配
拿到资源包后，我会先看它的CubeMX工程。常见引脚分配是PA0到PA5分别接三路Trig和Echo，PA8/PA9作为TIM1的PWM输出。CubeMX需要配置四类东西：GPIO、外部中断、定时器PWM、一个基本定时器计时。Trig引脚配成推挽输出、低速、初始低电平；Echo引脚配成下拉输入并打开EXTI。TIM1输出两路PWM给电机，频率10kHz，避免电机啸叫；TIM2做自由运行计数器，不分频，计数频率1MHz，用来记录Echo高电平持续时间。
下面这段Echo中断回调是HAL库下的参考实现，核心逻辑是上升沿记时间、下降沿算宽度：
// 外部中断回调：三路Echo的上升沿与下降沿 void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) { // 根据引脚号映射到采样索引，0左 1中 2右 uint8_t idx = echo_index_from_pin(GPIO_Pin); if (idx >= 3) return; GPIO_PinState level = HAL_GPIO_ReadPin(ECHO_PORT[idx], GPIO_Pin); if (level == GPIO_PIN_SET) { // 上升沿，记录当前时间戳 echo_start[idx] = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim2); } else { // 下降沿，计算高电平宽度，考虑定时器回绕 uint32_t now = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim2); uint32_t width; if (now >= echo_start[idx]) { width = now - echo_start[idx]; } else { // 计数回绕过65535，需要补偿 width = (65535 - echo_start[idx]) + now + 1; } echo_width[idx] = width; echo_done[idx] = 1; } }逻辑说明：这段代码在Echo引脚跳变时由EXTI回调触发。上升沿保存计数器值，下降沿计算差值，差值就是高电平持续us数。TIM2是16位计数器，计到65535会回绕到0，如果下降沿时刻比上升沿时刻小，说明中间发生过一次溢出，必须手动补偿。漏掉这个回绕处理，测距值会时不时跳出一个接近6米的假大数。
参数说明：TIM2的计数频率配置为1MHz，计数器每1us加1。假设回声宽度是2000，对应距离就是2000乘0.017等于34cm。echo_done标志位由主循环在触发前清零，否则下一次测距会拿到上一次的旧数据。我见过有人忘了清标志，结果三路距离永远是第一次的值，小车完全变成瞎子。
3.2 三路轮询采样：触发顺序与静默时间
三路超声波不能同时触发，这是多路测距项目里最容易踩的坑。我的做法是把采样写成一个串行函数，每次只测一路，三路循环一次大约30ms。对跟随小车来说，30ms刷新率足够，人的移动速度不会快到需要更高帧率。串行轮询还有额外好处：干扰源从三路叠加变成单路，排查难度直线下降。
// 触发第i路超声波并等待回波，返回距离cm，0xFFFF表示无效 uint16_t read_ultrasonic(uint8_t i) { // i: 0左 1中 2右 uint16_t distance_cm = 0xFFFF; // 触发脉宽15us，比手册要求的10us多留余量 HAL_GPIO_WritePin(TRIG_PORT[i], TRIG_PIN[i], GPIO_PIN_SET); delay_us(15); HAL_GPIO_WritePin(TRIG_PORT[i], TRIG_PIN[i], GPIO_PIN_RESET); // 等待回波或超时，超时60ms uint32_t start = HAL_GetTick(); echo_done[i] = 0; while (echo_done[i] == 0) { if (HAL_GetTick() - start > 60) break; } if (echo_done[i]) { // 回声宽度us乘0.017得到cm distance_cm = (uint16_t)(echo_width[i] * 0.017f); if (distance_cm > 200) distance_cm = 0xFFFF; // 超量程视为无效 } // 静默10ms，给声波余振衰减，也避免干扰下一路 delay_ms(10); return distance_cm; }逻辑说明：函数先拉高Trig保持15us，然后等待echo_done标志置位。超时用HAL_GetTick()实现，60ms对应回声往返约10m，远超跟随场景的实际量程。得到宽度后换算距离，超过200cm直接标记无效。函数末尾的delay_ms(10)不是随手加的，目的是让当前模块的余振完全衰减，否则下一个模块触发时容易被残留声波误判为回波。
参数说明：delay_us(15)来自HC-SR04手册的“Trig脉宽大于10us”，留5us余量；静默时间从2ms到15ms都可以，太短会串扰，太长会降低刷新率。如果三个模块都加了屏蔽罩，2ms也能稳定；裸奔状态建议至少10ms。读取频率一周大约30Hz，做跟随完全够用。
3.3 跟随状态机与PWM输出
跟随逻辑我建议分成两层：上层是状态机，下层是电机控制。状态机只做判断，不在同一段代码里混合“什么时候转弯”和“转多快”。先看前方距离决定前进、停止还是后退，再看左右距离差决定往哪边转。这么拆的好处是后续调速度时不用动判断逻辑。
// 主循环中每20ms调用一次 void follow_update(void) { // 获取三路距离，0xFFFF视为无效 float front = (distance[1] == 0xFFFF) ? 0 : (float)distance[1]; float left = (distance[0] == 0xFFFF) ? 0 : (float)distance[0]; float right = (distance[2] == 0xFFFF) ? 0 : (float)distance[2]; // 前方量程判断 if (front < 30.0f) { follow_state = STATE_STOP; // 太近，停止防撞 } else if (front > 60.0f) { follow_state = STATE_FORWARD; // 太远，前进追目标 } else { // 中距离：根据左右差判断转向 float diff = left - right; if (diff > 10.0f) { follow_state = STATE_RIGHT; // 右边有目标，右转 } else if (diff < -10.0f) { follow_state = STATE_LEFT; } else { follow_state = STATE_STOP; // 位置居中，保持 } } // 根据状态设置电机速度 switch (follow_state) { case STATE_FORWARD: set_motor(700, 700); break; case STATE_STOP: set_motor(0, 0); break; case STATE_RIGHT: set_motor(600, 300); break; case STATE_LEFT: set_motor(300, 600); break; default: set_motor(0, 0); break; } }逻辑说明：前方距离在30cm到60cm之间时，小车不贸然前进后退，而是先判断左右哪边更近。diff等于left减right，右边更近时right小，diff就大，说明目标在右侧，小车右转。这个方向符号是初学者最容易搞错的地方。我第一次调试时就把左右写反，小车越追越偏。最后的default分支很关键，防止未知状态导致电机乱动。
参数说明：30cm是防撞阈值，60cm是跟随上限。这两个参数必须按实际场景调，客厅小就改成25cm和50cm，走廊长可以放宽。电机速度700和600只是初始值，电池电压不同时相同占空比的实际速度差异很大，要现测现调。
电机控制函数里还要做软启动和限幅，直接给满占空比会让起步电流瞬间拉高，单片机容易复位。
// 设置左右电机速度，范围-1000~1000 void set_motor(int left, int right) { // 限幅，防止溢出 if (left > 1000) left = 1000; if (left < -1000) left = -1000; if (right > 1000) right = 1000; if (right < -1000) right = -1000; // 方向引脚：正数前进，负数后退 HAL_GPIO_WritePin(DIR_LEFT_PORT, DIR_LEFT_PIN, left >= 0 ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET); HAL_GPIO_WritePin(DIR_RIGHT_PORT, DIR_RIGHT_PIN, right >= 0 ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET); // PWM占空比取绝对值 __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_1, abs(left)); __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_2, abs(right)); }逻辑说明：速度用-1000到1000表示，正数前进，负数后退。方向引脚和占空比分离的好处是转向时不用做正负切换逻辑。PWM比较值直接设为绝对值，方向交给GPIO。注意不要在set_motor里做PID运算，这个函数只负责最终输出，业务逻辑放在上层，否则后面加限幅、加滤波时到处都要改。
4. 三路超声波自动跟随常见问题排查：五个翻车点与处理思路
资源包到手后，别急着烧录。我见过太多人把程序烧进去，小车原地转圈，第一反应是改代码，实际九成是硬件接线、供电或传感器本身的问题。下面按排查顺序列出这个项目里出现频率最高的五个问题。
4.1 现象：前方站着人，小车却直直撞过去
被测到前方有障碍但小车不反应，或者反应迟钝。先在串口助手里看三路distance值，如果前方有人时三路数值都不变，通常是测距函数压根没拿到有效回波。检查Trig引脚是不是真的在输出高电平，Echo引脚是不是接在中断线上。有些人把Echo接到了ADC引脚，代码里却配置成EXTI，中断根本不会触发。
排查顺序是先打印、后量电平、最后换模块。打印三路距离，全是0就说明没测到回波；用万用表量Echo引脚在测距瞬间有没有跳变，波形正常但读了0，大概率是中断回调里echo_done标志没被正确清除。还有一种很隐蔽的情况：Echo和Trig接反了，Trig收到3.3V高电平不会触发模块，自然没有回波。对调两根线就能解决。
4.2 现象：小车原地抖动不停
目标站定不动，小车前后左右小幅来回晃。原因有二：一是阈值区间太窄，传感器测同一位置会波动2到3cm，距离在阈值边缘时，一帧判停、下一帧判加速，必然抖动；二是没有做连续判定，单帧结果直接改变状态。
解决方法是拉大近远阈值，并加入持续帧数计数。例如前方距离小于25cm时才进入停止，并且要连续三帧都小于25cm才真正停止；大于60cm时连续三帧才前进。对测距值做滑窗平均也能压噪，我常用的是取最近五次去掉最大最小再平均，数据会平滑很多。代码里就是维护一个长度为5的环形缓冲，每次采样后做排序取中位，计算量很小，F103跑起来没压力。
4.3 现象：左中右三路测距互相干扰
单独测每一路都正常，三路一起跑时某一路突然变短，或者出现离谱的大数。这是典型的声波串扰：左路触发后，声波碰到障碍物反射回来，右路的接收探头也把这个回波当成自己的；或者左路余振还没衰减完，中路的声波就来了。还有可能是三路Echo中断同时访问TIM2计数器，没有加临界区保护，导致宽度算出负值或溢出补偿算错。
解决思路是拉开分时静默时间。把上一章read_ultrasonic里的delay_ms从2ms加到10ms或15ms，串扰概率会明显下降。更彻底的做法是给每个模块的接收探头加屏蔽罩，用热缩管或硬纸板包住探头侧面，只留前方开口。如果还串扰，就改成“每路连续测三次取中值，再切下一路”，每次间隔30ms。牺牲一点刷新率，换来稳定数据，对跟随场景完全值得。
4.4 现象：电机一转超声波数值乱跳
小车静止时测距正常，电机一启动，尤其是大占空比时，测距值像跳楼一样乱变。这是功率地线问题。电机的大电流在地线上产生压降，STM32和超声模块的地电位被抬高，Echo高电平幅度就不稳定；PWM信号还会耦合进Echo信号线，干扰中断触发。
解决方法是把电机驱动地、单片机地、超声模块地分开走线，在电池负极单点汇合。Echo信号线用双绞线或屏蔽线，避开PWM输出线。超声模块供电加一个LC滤波，一个10uH电感和100uF电容就能让波形平稳很多。电机驱动板上的输出端也加0.1uF瓷片电容吸收换向火花，我遇到过电机一反转，超声波直接测出65535us宽度的假回波，加上这个电容后就消失了。
4.5 现象：长时间运行后测距值缓慢漂移
开机二十分钟后，原本50cm的地方测出60cm，左中右三路偏差还不一致。HC-SR04这类模块对温度敏感，电机发热会让声速变化，公式里的340m/s就不再准确；另一个原因是STM32最小系统板用了内部HSI时钟，误差能到2%左右，定时器计数频率不准，宽度测量自然偏。
解决方法是做温度补偿，声速近似等于331.4加0.6乘温度，在代码里读一个温度值或者直接按环境温度写死一个修正系数。更接地气的办法是每隔一段时间重新校准：把车停在与墙已知距离处，测出偏差后修正换算系数。如果漂移只集中在某一路，大概率是那个模块本身一致性差，对调模块再测一次就能定位。
5. 调试与进阶：串口波形验证加一点PID味道
调试三路超声波，我最推荐的工具不是屏幕，而是串口绘图。程序里用一行printf把三路距离打出来，逗号分隔，然后打开串口助手的波形图，可以直接看到距离曲线。这一步花五分钟，能省下后面两个小时。
// 调试用，放在主循环里定时打印，频率5Hz足够 printf("%d,%d,%d\r\n", distance[0], distance[1], distance[2]);看曲线时抓住两点：一是目标匀速移动时曲线是否平滑，二是有没有隔帧跳变。如果每两帧跳一次，大概率是声波串扰或定时器回绕补偿没做对；如果三路同时跳，先查电源；如果只有一路跳，去查那一路的接线和模块。
进阶一点的改进是把转向量的计算从状态判断改成比例控制。状态机只负责大方向，速度融合则用左右差乘系数，类似一个P控制器：
// 在前方距离有效时，用左右差修正两轮速度 float diff = distance[0] - distance[2]; int left_speed = base_speed + (int)(diff * 20); int right_speed = base_speed - (int)(diff * 20);参数说明：diff乘20是转向灵敏度。车体宽度、电机减速比不同，这个系数要重调。我习惯从10开始每两档试一次，最后定在20。晚上我拿到资源包时，第一件事不是看代码，而是先看原作者的CubeMX配置，因为这个项目的坑几乎全在引脚规划和供电上。从那以后，我每次调试小车都会强制走一遍“先打印原始数据、再看波形、最后动控制参数”的流程，这习惯帮我避开了不少玄学问题。希望帮到你。
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