一种多方位超声波测距仪的设计
毕业设计方案超声波测距仪的设计方案
毕业设计方案超声波测距仪的设计方案1. 引言超声波测距仪是一种常用的测量设备，可以通过发送超声波信号并接收回波来测量距离。
本文将介绍一种基于超声波的测距仪设计方案，用于毕业设计项目。
2. 设计目标本设计方案的主要目标是设计一种精确、稳定、成本效益高的超声波测距仪。
具体而言，设计要求如下：- 测距范围：至少10米- 测量精度：在0.5%以内- 响应时间：小于100毫秒- 成本：尽可能低廉- 可靠性：能够在不同环境条件下稳定工作3. 设计原理超声波测距仪的工作原理是利用超声波在空气中传播速度恒定的特性，通过测量超声波的往返时间来计算距离。
一般来说，超声波测距仪由发射模块和接收模块组成。
发射模块：发射模块用于发送超声波信号，通常由脉冲发生器和超声波发射器组成。
脉冲发生器用于产生短暂的高频脉冲信号，驱动超声波发射器将信号转换成超声波信号并发射出去。
接收模块：接收模块用于接收反射回来的超声波信号，并将其转换成电信号。
接收模块一般由超声波接收器和信号处理电路组成。
超声波接收器将接收到的超声波信号转换成电信号，并通过信号处理电路进行放大、滤波和波形整形等处理，得到可用的测量信号。
距离计算：通过测量超声波的往返时间，可以计算出距离。
超声波在空气中的传播速度约为340米/秒，因此距离可以通过距离等于速度乘以时间的公式来计算。
4. 硬件设计硬件设计是实现超声波测距仪的关键。
以下是硬件设计方案的主要组成部分：超声波发射器和接收器：选择适当的超声波发射器和接收器是关键。
一般来说，发射器和接收器的频率应该相同，常见的频率有40kHz和50kHz。
此外，发射器和接收器需要具有相匹配的电特性，以确保信号的传输和接收的准确性。
脉冲发生器：脉冲发生器的设计应考虑到发射模块的需求，需要产生高频、短暂的脉冲信号。
常用的脉冲发生器电路有多谐振荡电路和555定时器电路等。
信号处理电路：接收到的超声波信号需要进行处理，以便得到可用的测量信号。
超声波测距设计方案
超声波测距设计方案1. 概述超声波测距是一种利用超声波传感器对目标物体进行距离测量的技术。
它具有非接触、精度高、速度快等优点，广泛应用于工业自动化等领域。
本设计方案旨在实现一个基于Arduino的超声波测距系统，可以测量距离在2cm~400cm之间的目标物体，并将结果显示在液晶屏上，以方便用户观察和使用。
2. 系统组成本系统由硬件和软件两部分组成，硬件系统包括超声波传感器、Arduino主控板、液晶屏、电源等部分；软件系统包括Arduino的程序。
2.1 超声波传感器超声波传感器是本系统中最关键的部分，它通过发射超声波信号并接收回波信号，测量目标物体与传感器的距离。
常用的超声波传感器有HC-SR04、JSN-SR04T等型号，本设计方案使用HC-SR04超声波传感器。
2.2 Arduino主控板Arduino是一种开源的嵌入式系统，具有方便、易用、可扩展等特点，可以实现各种各样的控制任务。
本设计方案使用Arduino UNO主控板，它是一种基于ATmega328P芯片的开发板，具有丰富的接口和较高的性能和稳定性。
2.3 液晶屏液晶屏是显示距离测量结果的部分，本设计方案采用16*2字符型液晶屏，能够显示2行16个字符，显示结果清晰、直观。
2.4 电源本系统采用外接直流电源供电，电压为5V，可以通过USB接口或外部电源插头供电。
3. 系统原理本系统的测距原理基于超声波传感器发射超声波信号并接收回波信号的原理。
当超声波传感器发射超声波信号后，信号会以声速传播在空气中，当遇到目标物体后，部分波信号会被目标物体反射回来，形成回波信号，超声波传感器接收到回波信号后，再通过计算超声波信号的来回时间、声速等参数，便可以计算出目标物体与传感器的距离。
4. 系统设计超声波传感器通过接口连接到Arduino主控板，并需要外接电源，具体接线图如下所示：超声波传感器 VCC -> Arduino 5V液晶屏 RW -> Arduino GND整个系统的软件设计主要包括两部分，一部分是超声波测距的程序，另一部分是液晶屏显示的程序。
课程设计实验报告-超声波测距仪的设计
超声波测距仪的设计一、设计目的本设计利用超声波传输中距离与时间的关系，采用STC51单片机进行控制和数据处理，设计出能够精确测量两点间距离的超声波测距仪。
同时了解单片机各脚的功能，工作方式，计数/定时，I/O口的相关原理，并稳固学习单片机的相关内容知识。
二、设计要求1.设计一个超声波测距仪，能够用四段数码管准确显示所测距离2.精度小于1CM，测量距离大于200CM三、设计器材元器件数量STC51单片机 1个超声波测距模块URF-04 1个电阻〔1K 200 4.7K〕 3 个晶振〔12MHz〕 1 个共阳极四位数码管 1 个极性电容〔33pF〕 2 个非极性电容〔22uF〕 1 个四、超声波测距系统原理331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12.0M晶振，所以此系统的测量精度理论上可以到达毫米级。
超声波测距的算法设计: 超声波在空气中传播速度为每秒钟340米〔15℃时〕。
X2是声波返回的时刻，X1是声波发声的时刻，X2-X1得出的是一个时间差的绝对值，假定X2-X1=0.03S，那么有340m×0.03S=10.2m。
由于在这10.2m 的时间里，超声波发出到遇到返射物返回的距离如下：图1 测距原理超声波测距器的系统框图如下列图所示：图2 系统框图五、设计方案及分析〔包含设计电路图〕4.1硬件电路设计4.1.1 单片机最小系统控制模块设计与比拟方案二：采用STC51单片机控制。
STC51单片机是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8KB的系统可编程Flash 存储器。
AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路，能够满足题目设计的所有要求，而且我们对STC51单片机也比拟熟悉，因此我们选择方案二。
最小系统电路图如图3所示图3 单片机最小系统显示模块设计采用四位共阳极数码管显示，连接电路简单，显示电路连接图如图4所示图4 数码管显示电路超声波测距模块a.本系统采用超声波模块URF04进行测距，该模块使用直流5V供电，理想条件下测距可达500cm，广泛应用于超声波测距领域，模块性能稳定，测度距离精确，盲区〔2cm〕超近。
超声波测距仪的设计
超声波测距仪的设计1. 引言超声波测距仪是一种常用的测量设备，可以通过发射超声波信号，并接收反射信号来测量物体与测距仪之间的距离。
本文将介绍超声波测距仪的设计原理、硬件设计和软件设计，并提供该测距仪的详细设计过程。
2. 设计原理超声波测距仪的设计原理基于声波在空气中传播的特性。
当超声波信号发送器发出一束超声波信号时，该信号会在物体表面反射，并被接收器接收到。
通过测量超声波信号的发送和接收时间差，可以得到物体与测距仪之间的距离。
3. 硬件设计3.1 发送器设计发送器的设计主要包括超声波发射器和电路控制部分。
超声波发射器是一个压电陶瓷片，通过电路控制部分提供的电压信号激励，产生高频的超声波信号。
在设计过程中，需要考虑发射器的共振频率和驱动电压的选择，以及电路控制部分的电流保护和输出功率控制等。
3.2 接收器设计接收器的设计主要包括超声波接收器和信号处理部分。
超声波接收器接收反射回来的超声波信号，并将其转换为电信号。
信号处理部分对接收到的电信号进行放大、滤波和后续处理，以提取出有效的距离信息。
3.3 距离计算通过测量发送超声波信号和接收超声波信号的时间差，可以计算出物体与测距仪之间的距离。
距离的计算公式如下：距离 = 速度 × 时间差 / 2其中，速度是超声波在空气中传播的速度，通常可以取340米/秒。
3.4 显示与输出设计中可以添加LED显示屏或者数码管等显示设备，以显示测得的距离。
同时，还可以通过串口或者无线通信等方式，将测得的距离输出到计算机或其他外部设备上进行进一步处理。
4. 软件设计在超声波测距仪的软件设计中，通常需要实现以下功能:•控制发送器和接收器的开关状态和工作频率；•读取接收器接收到的信号，并进行处理；•根据接收到的信号计算距离；•将测得的距离输出到显示设备或者外部设备。
在设计过程中，可以使用C/C++等编程语言，结合相关的硬件接口库来实现软件功能。
5. 总结本文介绍了超声波测距仪的设计原理、硬件设计和软件设计。
《超声波测距仪电路设计》
《超声波测距仪电路设计》超声波测距仪电路设计超声波测距仪是一种常见的测距装置，它利用超声波的传播特性来测量目标物体与测距仪之间的距离。
其基本原理是利用超声波的发射和接收来计算目标物体与设备之间的距离。
超声波测距仪的电路设计包括发射电路和接收电路两部分。
1.发射电路设计超声波测距仪的发射电路主要包括发射器、脉冲发生电路和驱动电路。
发射器是将电能转换为声能的装置，一般采用压电陶瓷材料。
脉冲发生电路是用来产生发送的超声波脉冲信号的电路，常用的是555定时器芯片，通过设置合适的频率和占空比，可以实现超声波脉冲的产生。
驱动电路主要是将脉冲信号放大，并提供足够的电流和电压来驱动发射器。
2.接收电路设计超声波测距仪的接收电路主要包括接收器、放大电路和信号处理电路。
接收器是将接收到的声波信号转换为电信号的装置，常用的是压电陶瓷材料。
放大电路主要是将接收到的微弱信号放大到合适的电平，以便后续的信号处理。
信号处理电路包括滤波器和放大器，滤波器用于滤除杂散信号，放大器用于放大清晰的接收信号。
3.其他设计考虑除了发射电路和接收电路，还需要考虑一些其他设计因素。
第一，为了减小测量误差，需要加入合适的校准电路来对测量系统进行校准。
第二，为了方便使用，可以加入显示电路，将测量结果以数字或者模拟形式显示出来。
第三，为了提高抗干扰能力，可以加入滤波器和抗干扰电路来滤除干扰信号。
总之，超声波测距仪电路设计需要考虑发射电路、接收电路以及其他设计因素，合理配置各个部分的电路参数，并利用合适的元器件和电路拓扑结构，以提高测距仪的精度和稳定性。
在实际设计中，还需要考虑功耗、成本和尺寸等因素，以满足具体应用的要求。
便携式多功能超声波测距仪的设计与实现
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超声波测距仪实例
所以在电路中设计了一个跳线器，在软件没有调试好之前断开，避免无谓的损耗。 变压器升压比设计为20倍，实际输出电压约为 50V 峰值。 控制部分采用 MCU，如下图所示：
图2 超声波发射驱动电路
图中，Send_Ctrl、Cut_Off 端由 STC12LE4052控制。此单片机的 I/O 口可设置为推 挽输出模式（这是经典51不具备的），拉电流、灌电流均可达20mA，保证了 D882有足够 的驱动能力和快速的通断性能。
变压器的次级电感与发射器（发射器为容性，一般为2400p 左右）构成谐振回路，好处 是提高了发射效率，但副作用是发射后的余波时间较长，导致近距离的回波被淹没。所以电 路中设计了2种余波抑制电路。一个是 R6，通过增加谐振回路的损耗加速余波结束，这种 方式不需要控制，但由于同时也消耗了发射的功率，所以阻值不能太小，导致衰减效果不明 显（此部分读者可自行试验）。
关于 P32控制 SOUT 端的作用，请阅读 TL851资料。
图 4 接收回路和信号放大、检出电路 这个电路是超声波测距的核心。因为产生波形和计时都容易解决，而准确的检测出回波信 号才是决定传感器是否成功的关键。为便于理解上图，将 TL852 的内部原理框图列出：
图 5 TL852 内部功能框图
读者可对照 TL852 数据手册分析其工作原理。从图中可以看出，图4中的 R7、R8为运 放的输入、反馈电阻，通过改变两者比值可方便的改变灵敏度，故将 R7、R8设计为直插器 件。
如采用初级的余波抑制电路，建议在调试程序时将跳线器断开，调好程序后再接上。等 一切就绪后如考虑传感器的可靠性，可将跳线器焊死。
超声波测距仪的设计方案
超声波测距仪的设计方案简介超声波测距仪是一种常见的测距设备，它利用超声波的传播特性来实现对距离的测量。
本文将介绍超声波测距仪的设计方案，包括硬件设计和软件设计。
硬件设计超声波传感器超声波传感器是超声波测距仪的核心部件，它能够发射超声波并接收回波。
常用的超声波传感器有两种，一种是单通道超声波传感器，一种是多通道超声波传感器。
控制电路超声波传感器和微控制器之间需要通过控制电路进行连接。
控制电路主要包括电压转换电路、信号放大电路和滤波电路，它们的作用是将超声波传感器输出的模拟信号转换为微控制器能够识别的数字信号。
显示装置为了方便用户查看测距结果，超声波测距仪通常会配备一个显示装置。
显示装置可以是液晶显示屏、数码管等，通过显示装置可以直观地显示测距结果。
电源模块超声波测距仪需要一个可靠的电源供电。
电源模块可以采用锂电池、干电池或者充电电池等供电方式。
软件设计初始化配置超声波测距仪启动时需要对各个模块进行初始化配置。
这包括设置超声波传感器的工作频率和增益，设置控制电路的参数，以及初始化显示装置等。
超声波测距算法超声波测距算法是超声波测距仪的核心算法，它主要用于计算超声波传感器发射的超声波到接收回波之间的时间差，从而得到距离。
常用的超声波测距算法有三角函数法、脉冲回波法和相位差法等。
其中，三角函数法是最简单的算法，适用于测量距离较短的情况；脉冲回波法和相位差法适用于测量距离较长的情况，但需要更为复杂的计算。
距离显示软件设计中还需要考虑如何将测得的距离值进行显示。
可以通过数码管、液晶显示屏或者计算机界面等方式进行显示。
报警功能超声波测距仪还可以增加报警功能，当检测到距离超过设定的阈值时，触发报警，提示用户该区域存在障碍物。
总结超声波测距仪的设计方案主要包括硬件设计和软件设计两部分。
硬件设计包括超声波传感器、控制电路、显示装置和电源模块的设计。
软件设计包括初始化配置、超声波测距算法、距离显示和报警功能等。
通过合理设计和优化算法，可以实现一个精准、稳定的超声波测距仪。
毕业设计超声波测距仪设计
毕业设计超声波测距仪设计（以下内容仅供参考）一、设计要求1.设计一款超声波测距仪，最大测量距离为5米。
2.能够实现实时测量距离。
3.具有屏幕显示测距结果。
4.能够通过按键控制实现最大距离设置。
二、设计方案1.硬件设计2.软件设计1.硬件设计超声波测距仪主要由以下部分组成：1）Arduino UNO开发板Arduino UNO开发板是一款开源的硬件平台，基于ATmega328P单片机。
可以通过编写软件来控制它，从而实现各种功能。
在该设计中，我们使用Arduino UNO作为超声波测距仪的主控板。
2）超声波传感器超声波传感器是超声波测距仪的核心部分。
它通过发射和接收超声波，来测量被测物体和传感器间的距离。
在该设计中，我们使用HC-SR04超声波传感器。
3）1602液晶显示屏1602液晶显示屏是用于在超声波测距仪中显示测距结果的显示设备。
4）按键按键用于设置最大距离。
5）发光二极管发光二极管用于指示测量状态。
2.软件设计超声波测距仪的软件设计主要包括以下三个部分：1）超声波测距的程序设计该部分主要负责调用超声波传感器进行距离测量，并返回测量结果。
2）LCD1602数字显示的程序设计该部分主要负责在1602液晶显示屏上显示测量结果。
3）设置最大距离的程序设计该部分主要负责通过按键设置最大距离。
三、系统实现1.硬件实现超声波传感器通过引脚连接到Arduino UNO的第8、9、10、11号IO口（分别为Trig、Echo、Vcc、GND），1602液晶显示屏通过引脚连接到Arduino UNO的第12、13、6、7、5、4号IO口（分别为RS、EN、D4、D5、D6、D7），按键通过引脚连接到Arduino UNO的第3号IO口，发光二极管通过引脚连接到Arduino UNO的第2号IO口。
2.软件实现1）超声波测距程序设计：首先定义Trig、Echo两个引脚，然后定义pulseIn函数，这个函数的作用是等待Echo引脚输出一个高电平，然后返回Echo引脚的高电平持续时间（us）。
超声波测距仪的设计方案
超声波测距仪的设计方案一、引言超声波测距仪广泛应用于工业领域中的距离测量需求。
本文将介绍一种超声波测距仪的设计方案，以满足高精度、稳定性和可靠性的要求。
二、设计原理超声波测距仪的设计基于超声波测距原理，即通过发送超声波信号到目标物体，并测量回波信号的时间差来计算距离。
具体设计方案如下。
1. 发射装置为保证发射的超声波信号稳定且具有较高的频率精度，我们选用一种高品质的压电陶瓷振荡器作为发射装置。
该振荡器能够提供稳定的超声波信号，并具有快速响应和较低的失真率。
2. 接收装置为捕获和处理回波信号，我们采用一个高灵敏度的超声波接收器。
该接收器能够有效接收和放大回波信号，并通过滤波和放大电路将其转化为数字信号。
3. 信号处理为了准确计算距离，我们使用微处理器进行信号处理。
微处理器通过测量发射与接收之间的时间差，并根据声速来计算出距离。
三、主要模块设计为确保超声波测距仪的可靠性和性能，我们将其设计分为以下几个主要模块。
1. 信号发射模块该模块由压电陶瓷振荡器和驱动电路组成。
振荡器负责产生高频稳定的超声波信号，驱动电路用于提供所需的电源和信号放大。
2. 信号接收模块该模块包括超声波接收器、放大电路和滤波电路。
超声波接收器接收回波信号，并将其放大后传递给滤波电路，以去除噪声和杂散信号。
3. 信号处理模块该模块由微处理器和相关电路组成。
微处理器负责计算距离，并将结果显示在相关显示装置上。
四、性能优化与安全保障为提高超声波测距仪的性能并确保使用过程中的安全可靠，我们采取以下措施。
1. 信号干扰处理在设计中加入了信号滤波电路和抗干扰电路，以防止外界干扰对测距精度的影响。
2. 电源管理采用高质量的电源管理模块，以确保供电稳定并防止电源的波动对测距仪的正常工作产生影响。
3. 结构设计在外壳设计中考虑到机械强度和防水性能，以保证超声波测距仪在各种环境下的可靠性和耐用性。
五、应用场景超声波测距仪的设计方案可以广泛应用于以下情景：1. 无人驾驶超声波测距仪可用于无人驾驶汽车中的障碍物检测和距离测量，以确保行驶安全。
超声波测距仪的设计
超声波测距仪的设计
超声波测距仪的设计一般包含超声发射器、接收器、计时
电路和显示电路。
下面将对其各组成部分进行具体说明。
1. 超声发射器：
超声发射器是超声波测距仪的关键组件，通常由压电陶瓷
传感器构成。
它能将电能转化为超声波能量。
通过施加电压，压电陶瓷会振动产生超声波，并向周围环境发射。
2. 接收器：
接收器是超声波测距仪的另一个重要组成部分。
它通常也
由压电陶瓷传感器构成。
当超声波波达到测距仪的目标物
体后，一部分超声波会被目标物体反射回来，被接收器接收。
接收器会将接收到的超声波转化为电信号。
3. 计时电路：
计时电路用于测量从超声发射到接收到反射信号之间的时
间间隔，根据声速和时间间隔可以计算出目标物体的距离。
计时电路通常由逻辑门、计数器、时钟等组成。
4. 显示电路：
显示电路用于显示目标物体的距离。
一般可以通过数码显
示器或者液晶显示屏将测得的距离进行显示。
显示电路通
常由数码显示器、驱动电路、控制电路等组成。
除了以上组成部分，还可以加入一些其他功能，例如校准
电路、报警电路等，以提高测距仪的精度和实用性。
设计
超声波测距仪需要对各个组成部分进行合理的配置和调试，使得整个测距仪可以稳定、准确地测量目标物体的距离。
超声波测距系统设计方案
.超声波测距系统设计方案超声波测距系统作为一种经典的非接触式测量技术,包含了电子,材料,物理等学科的知识理论,其应用领域也十分的广泛。
超声波作为声波的一种,有着和声波同样的性质：它的产生来源于振动,另外,在不同物体中的传的速度也是不一样的。
超声波测距传感器在粉尘多,光线暗或有其他电磁干扰的情况下,性能几乎不受影响,所以,现代社会中,许多地方都可以用到。
例如：建筑施工测量,智能机器人,汽车倒车雷达,油箱液位测量等。
1．1 系统设计背景在过去许多科学家的研究基础之上,我们已经知道用许多种不同的方法来测距,不再局限于传统的简单的接触式测量器具,我们今天的电子技术正以飞一般的速度向前推动着大量非接触式测距仪的发展。
近几十年以来,关于非接触式测量系统的研究包含以下几类：激光,微波,红外线及超声波。
这其中,激光的测量精度较高,但其有个很大的缺点,就是极易受到周围环境的影响,而且激光测距系统后期的检测和维护成本较高,所以会产生较高的费用,很难推广到日常生活和工作中去,一般用于高端专业领域,如军事类。
而对于微波雷达测距来说,电路部分的制作成本就非常之高,也只用于专业领域,如军事和工业类。
红外线测距虽然造价便宜,但其不能达到高精度,且方向性不好。
另外,红外线传播速度为3×108米/秒,速度之快,相较于超声波在普通情况下的速度来说,红外线是超声波的八十多万倍。
因此,利用超声波测距能大大增加时间〔同样的距离下,使得测量更容易,误差更小。
超声波测距系统的优势在于：<1>可以用于空气中,液面下和固体等传播介质中测量,应用灵活；<2>不易受光影响,在黑暗及烟雾环境下都可使用,不易受电磁场影响,使人可以远离这些恶劣工作环境；<3>制作起来不复杂,该成品预计价格不贵,而且体积不大,还非常容易集成；由于超声波测距系统具有以上这些特点而被广泛的应用。
随着现代电子技术的发展,超声波测距技术在汽车制作,国防安全,工业制造及日常生活中都随处可见。
超声波测距仪的设计方案
目录摘要 (I)Abstract (II)绪论 (1)I.1 课题设计的目的及其意义 (1)I.2 超声波测距仪的设计思路 (1)I.3 课题设计的任务和要求 (2)1 课题的方案设计与论证 (3)1.1 系统整体方案的设计 (3)1.2 系统整体方案的论证 (3)2 系统的硬件结构设计 (4)2.1 单片机的功能特点及测距原理 (4)2.2 超声波发射电路 (6)2.3 超声波检测接收电路 (7)2.4 超声波测距系统的硬件电路设计 (7)3 系统软件的设计 (9)3.1 超声波测距仪的算法设计 (9)3.2 主程序流程图 (10)3.3 超声波发生子程序与超声波接受中断程序 (11)3.4 系统的软硬件的调试 (12)总结 (13)致谢 (15)参考文献 (16)附录一超声波测距电路原理图 (18)附录二超声波测距电路版图 (19)附录三程序清单 (20)绪论Ⅰ.1课题设计目的及意义Ⅰ.1.1设计的目的随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。
但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。
展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。
无庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。
随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。
在新的世纪里，面貌一新的测距仪将发挥更大的作用。
超声波测距器的设计
超声波测距器的设计首先，超声传感器的选择非常重要。
超声波传感器通常由发射器和接收器组成。
发射器负责发出超声波信号，接收器则将接收到的超声波信号转化为电信号。
在选择超声传感器时，需要考虑其工作频率、接收灵敏度、直径、工作距离等因素。
合适的超声传感器能够提供准确可靠的测距数据。
其次，信号处理电路的设计非常重要。
接收到的超声波信号通常是微弱的，需要进行放大和滤波处理，以提高信号的稳定性和可靠性。
信号放大部分可以利用运算放大器实现，通过调整放大倍数可以适应不同距离测量的需求。
滤波部分可以采用低通滤波器，以滤除高频噪声，提高信号的信噪比。
在超声波测距器的设计中，实时显示也是一个重要的方面。
一般来说，可以通过数码管、液晶显示屏等设备来实现距离数据的实时显示。
在实时显示的过程中，需要将接收到的超声波信号转化为距离数据，并进行相应的数值处理，以保证数据的准确性和可读性。
同时，还需要考虑显示设备的分辨率和显示方式，以提高用户体验。
另外，为了增加超声波测距器的功能和应用范围，还可以考虑添加一些附加功能，如温度补偿、多距离测量模式、报警功能等。
温度补偿可以通过添加温度传感器来实现，以修正超声波传播速度随温度变化的影响。
多距离测量模式可以通过添加开关来实现，以适应不同距离范围的测量需求。
报警功能可以利用声音或者灯光等方式来提醒用户，当超声波测距器检测到物体过近或者过远时，可以通过相应的信号输出来警示用户。
在实际设计过程中，还需要进行系统测试和优化，以确保超声波测距器的性能和稳定性。
测试过程可以通过与其他测距设备进行对比或者与实际测量结果进行比对。
通过不断地优化设计，可以进一步提升超声波测距器的性能。
总之，超声波测距器的设计涉及到超声传感器选择、信号处理电路设计以及实时显示等方面。
在设计过程中，需要考虑多种因素，以提高测距器的准确性、可靠性和便利性。
通过合理设计和优化，可以实现一个性能优良的超声波测距器。
超声波测试距离仪器设计
超声波测试距离仪器设计摘要：在工程实践中，超声波由于指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远，因而经常用于距离的测量。
它主要应用于倒车雷达、测距仪、物位测量仪、移动机器人的研制、建筑施工工地以及一些工业现场等，例如：距离、液位、井深、管道长度、流速等场合。
利用超声波检测往往比较迅速、方便，且计算简单、易于做到实时控制，在测量精度方面也能达到工业实用的要求，因此得到了广泛的应用。
为此，本次科研尝试以单片机为核心，利用一对40kHz压电超声传感器设计一款体积较小、价格低廉、精度较高、具有温度补偿、实时LCD 显示和报警的超声波测距仪。
关键字：超声波；频率；测距；单片机The design of ultrasonic range finderAbstract: In engineering practice, point to strong ultrasound as energy consumption and slow the spread in the medium distance, which is often used for distance measurement. It is mainly used in reversing radar, range finder, level measurement, the mobile robot development, construction sites and some of the industrial field, such as: distance, level, depth, pipe length, and flow rate. The use of ultrasonic testing is often more rapid, convenient. The calculation of ultrasonic testing is simple and easy to do real-time control, measurement precision in the industry can meet practical requirements, and it has been widely used. This research attempts to chip as the core, using a pair of 40 kHz piezoelectric ultrasonic transducer design a smaller, low cost, high accuracy, temperature compensation, real-time LCD display and alarm ultrasonic range finder.Key words：Ultrasonic, Frequencies, Ranging, Microcontroller1 引言由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。
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收稿日期
:2007209204.
作者简介:王进花(19782),女,甘肃兰州人,兰州理工大学讲师,主要从事检测与转换技术研究.
文章编号:16722691X (2007)0620064202
一种多方位超声波测距仪的设计
王进花,黄 玲
(兰州理工大学电信学院,甘肃兰州730050)
摘 要:由于超声波对环境的适应能力强、信息处理简单、速度快等特点而广泛应用于液位测量、机械手控制、车辆自动导航、移动机器人、物体识别等方面,但它也存在一些缺陷使得测量的准确度受到影响.基于对超声波测距原理和超声波特点的研究,针对回波信号弱,方向性差的缺陷,为了实现在某些特殊场合(如井下测量、能源勘探)的测距以及提高测量强度,提出了一种多方位超声波测距仪的设计思想.关键词:超声波;锅形天线;测距仪
中图分类号:TP274+.53 文献标识码:A
0 引言
超声波测距是一种非接触式的检测方式.目前在液位测量、机械手控制、车辆自动导航、移动机器人、物体识别等方面有广泛应用[1].超声波测距仪信息处理简单、速度快,但它也具有一定的局限性,主要表现在探测波束角过大、方向性差.本设计采用一对转动的超声波接收和发送探头,通过角度补偿和距离补偿,可以灵活、准确地测量周围环境障碍物的距离,同时采用锅形天线来会聚信号,提高强度和测量的准确度.
1 基本原理
声音的传播速度与介质的种类、温度有关,一般说来,介质的密度越高传播的速度越大;温度越高传播的速度越大.超声波是指振动频率大于20k Hz 以上的,人在自然环境下无法听到和感受
到的声波.超声波测距的原理可简单描述为:发射电路定期发射超声波,遭遇障碍物时发生反射,发射波经由接收器接收并转化为电信号,这样只要测出发送和接收的时间差,然后按照下式即可求出距离[2]
S =C
Δt/2.(1)
式中,C 为超声波在空气中的传播速度.0℃时为331m/s ,25℃时为347m/s ,其与环境温度T
(℃)的关系如下式[3]
C =331.4+0.61×T.
(2)
由此可见,声速与温度密切相关.在应用中,
如果温度变化不大,并且无特殊精度要求,可认为声速是基本不变的,否则,必须进行温度补偿.温度补偿通常先按照式(2)计算当前声速C ,然后再
按照式(1)计算距离.
超声波利用接收发射波来进行距离的计算,因而不可避免的存在发射与反射之间的夹角,其
大小为2α.当α很小时,可直接按式(1)进行计算得到距离;当α较大时,则必须进行距离修正,修
正公式为
S =cos
α×C Δt/2.(3)2
系统原理框图
图1 系统原理框图
3 要解决的关键问题
(1)要实现多方位超声波测距时,若用多对超
声波接收和发送探头及相应的数码显示管,不但浪费了系统资源和原材料,增加了程序的复杂性,
而且一旦发射波偏离障碍物会造成探测失误.故
第21卷第6期甘肃联合大学学报(自然科学版)
Vol.21No.6 2007年11月Journal of G ansu Lianhe University (Natural Sciences )Nov.2007
采用一对超声波接收和发送探头,一组数码显示管,只是将超声波探头转动起来,但若转动角速度过快,数码管会来不及显示,肉眼看不清楚;若转动角速度过慢,不同方向的数据在一段较短的时间内不能全部采集,达不到所要求的效果.需找到一个平衡,超声波探头的转动角速度选为30度/秒,在每次调用超声波发射子程序后,作一次延时,数码显示管较稳定.
(2)超声波探头转动起来时,探头接收到的超声波信号会减弱很多,为此,一方面采用锅形天线来会聚信号,同时产生了角度差α和距离差R ,须采用角度补偿和距离补偿,补偿公式分别为[3]
S =co s
α×C Δt/2,(4)S =2R.
(5
)图2 超声波测距原理图
另一方面将单片机输出的40k Hz 方波信号,
经过放大,再经过阻抗匹配电路后,驱动超声波发射头,使发射换能器接收高电压,经过换能器发出40k Hz 脉冲超声波.当超声波遇到障碍物时产生反射波,反射波返回到超声波传感器上,尽管发射部分的脉冲电压比较高,但是由回波引起的接收压电晶片产生的射频电压幅度近距离为毫伏级的
信号,远距离情况下回波更弱,为此要将该信号放大几千倍,信号经放大、整形后,电路产生一个负
脉冲使微处理器产生中断
.
图3 发送/接收电路原理图
4 结束语
通过对系统硬件电路和软件的合理设计,本
系统能完成对周围环境障碍物距离的准确测量并及时报警,使用数码管以厘米为单位显示距离,方便于井下等特殊场合测距,有较高的测量强度和准确度.参考文献:
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[2]曹玲芝,任亚萍,刘建.超声波避撞预警系统的研究
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环境探测系统[J ].传感器技术,2005,24(4):426.
More Than one Bearing U ltrasonic T elemeter Senor Design
W A N G J i n 2hua ,H UA N G L i n
(Lanzhou University of Technology ,Lanzhou 730050,China )
Abstract :As result of ult rasonic is strong to t he environment acclimatization.The information p rocess 2ing simple.t he speed is quick and so o n.The ult rasonic be widely used to t he fluid place measures ,ma 2nip ulator controls ,voit ure autokinetic navigation ,t he move robot ,objoct identification and so on.But it also has some flaws to drop t he accuracy of measure .Based on t he measure p rinciple of t he ult rasonic and t he characteristic of ult rasonic ,Specifically for t he echo signal is weak ,directionality dispatching ,in order to measure some special occasions (for example measure under t he well ,Energy sources prove up )and enhance t he intensity.Have brought forward on kind of many bearing ultrasonic telemeter se 2nor design.
K ey w ords :ultrasonic ;pot antenna ;sensor
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第6期 王进花等:一种多方位超声波测距仪的设计 。