超声波测距
超声波测距的原理
超声波测距的原理超声波测距是一种智能测距技术，它利用声速的不同以及发射接收信号的时间差，来计算距离的测量技术。
1.原理超声波测距的原理是通过发射声波，测量声波传播的时间来计算距离。
根据声波在介质中的传播速度，计算出发射点至接收点的距离。
原理公式：距离=声速×时间即：Distance=Speed × Time其中，声速即声波在介质中的传播速度，其值为343m/s；时间即发射声波至接收声波的时间，单位为秒（s）。
2.测距方法（1）双抛物线法发射设备发出短促的超声波，声波以某一固定的速度传播，声波开始发射时，传播的距离为零，传播距离随着时间增长而增长，当该声波正好从目标点穿越而去时，应用接收设备接收该声波，利用计算机处理作出声波传播距离的图形，从双抛物线拟合计算出测量值。
（2）回波法发射设备发出一次超声波信号，当发射的超声波信号到达目标物时，目标物会把超声波信号接收并反射回来，接收设备接收反射的超声波信号，将发射信号及反射信号的时间差作为距离的测量参数进行计算，从而计算出距离的测量值。
回波计算距离的公式：Distance=Time×V/2其中，Time为声波发射到接收的时间差，V为声波在介质空气中的传播速度。
三、超声波测距应用超声波测距技术在智能汽车、工业控制与安全监控、建筑物安全管理等领域有着广泛的应用，其中包括以下几种：（1）智能汽车：超声波测距技术可以帮助智能汽车检测前方障碍物的距离，从而进行安全护栏的移动，同时也能帮助智能汽车检测行驶路线，以便安全驾驶。
（2）工业控制与安全监控：超声波测距技术可以帮助工业设备检测具体物体的距离，从而进行控制和安全监控，保障工业生产的安全运行。
（3）建筑物安全管理：超声波测距技术可以帮助建筑物检测具体的安全距离，从而保障建筑物的安全管理。
四、总结超声波测距是一项智能测距技术，原理是利用声波的传播速度及传播时间差，来计算出两点之间的距离。
超声波测距
2.3 超声波测距原理和方法超声波测距方法从原理上可分为共振式、脉冲反射式[4]两种。
由于共振法的应用要求复杂，一般采用脉冲反射式。
超声波测距原理是通过超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时（也有发射后开始计时，看各种情况不同运用方式），超声波在空气中传播，碰到障碍物就立即反射回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时（也有在接到最后一个返回波后停止计时，看设计者出发点而定）。
图2-6 超声波测距原理图在已知超声波在空气中的传播速度为V 的前提下，利用：12S VT = （2-1）即可计算得传感器与反射点之间的距离S ，测量距离：22()2hd s =- （2-2）当S>>h 时，则d ≈S ，即根据计时器记录的测出发射与接收回波的时间差T ，就可以计算出发射点距障碍物的距离S ，即：12d VT = （2-3）这就是所谓的时间差测距法。
由于超声波也是一种声波，其声速V 与温度有关，附表列出了几种不同温度下的声速。
在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。
如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿法加以校正。
以下给出声速与温度的关系表2-1：表2-1 声速与温度的关系表温度/℃ -30 -20 -1 声速:m/s3338344350386声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离，这就是超声波测距原理。
在理想状态下的超声波测距原理如图2-7所示：图2-7 理想状态下的超声波测距原理2.4系统涉及的主要参数2.4.1传感器的指向角传感器的指向角是声束半功率点的夹角，是影响测距的一个重要技术参数，记为θ，它直接影响测量的分辨率。
对圆片传感器来说，它的大小与工作波长λ，传感器半径r 有关。
由：（2π/λ）* r *sin （θ/2）=1.615 （2-4）当040f kHz =时，λ=C/0f =8.5mm 。
当0f 选定后，指向角θ近似与传感器半径成反比。
(完整)超声波测距原理及简介
超声波测距原理及简介超声波测距是什么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。
利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人研制上也得到了广泛的应用。
为了使移动机器人能自动避障行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的距离信息（距离和方向）。
本文所介绍的三方向（前、左、右）超声波测距系统，就是为机器人了解其前方、左侧和右侧的环境而提供一个运动距离信息。
超声波测距原理1、超声波发生器为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器.总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。
电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等;机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。
它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。
目前较为常用的是压电式超声波发生器。
2、压电式超声波发生器原理压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。
超声波发生器内部结构如图1所示，它有两个压电晶片和一个共振板.当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。
反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动,将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。
3、超声波测距原理超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。
超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离（s），即：s=340t/2 .这就是所谓的时间差测距法。
超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离.由此可见,超声波测距原理与雷达原理是一样的。
超声波雷达的测距原理
超声波雷达的测距原理超声波雷达是一种利用高频超声波进行测距的无线电波雷达。
它的原理是利用超声波在空气中的传播速度与距离的关系，通过发射和接收超声波信号来测量距离。
超声波的频率通常在20kHz到200kHz之间，这种频率的声波在空气中传播时，具有较强的穿透力和折射力。
因此，超声波雷达可以穿透一定的障碍物，如烟雾、雾气、沙尘等，进行远距离的测量。
超声波雷达的测距原理主要分为两种：时间测距和频率测距。
一、时间测距时间测距是利用超声波在发射和接收之间传播的时间来计算距离。
超声波发射器向目标发射超声波信号，当信号遇到目标时，会被反射回来，经过接收器接收。
接收器接收到信号后，会将信号转换为电信号，然后计算发射和接收之间的时间差，再根据声波在空气中的传播速度计算出距离。
时间测距的优点是精度高，可以达到毫米级别。
但是，它的缺点是受到环境影响较大，如温度、湿度等因素会影响声波在空气中的传播速度，从而影响测距精度。
二、频率测距频率测距是利用超声波的频率变化来计算距离。
当超声波发射器向目标发射超声波信号时，信号会被目标反射回来，经过接收器接收。
接收器接收到信号后，会将信号转换为电信号，并进行频率分析。
由于声波在空气中传播时会受到多次反射和折射，所以接收到的信号会受到多普勒效应的影响，导致频率发生变化。
根据多普勒效应的原理，可以计算出发射器和目标之间的相对速度，进而计算出距离。
频率测距的优点是受环境影响较小，可以适应多种环境条件。
但是，它的缺点是精度较低，一般只能达到厘米级别。
总的来说，超声波雷达的测距原理是利用超声波在空气中的传播速度与距离的关系，通过发射和接收超声波信号来测量距离。
时间测距和频率测距是两种常用的测距方法，它们各有优缺点，需要根据具体的应用场景选择合适的方法。
超声波测距的应用原理
超声波测距的应用原理1. 介绍超声波测距是一种常见的测量距离的技术，广泛应用于工业自动化、智能家居、机器人等领域。
本文将介绍超声波测距的原理及其在实际应用中的一些案例。
2. 超声波测距原理超声波测距利用声波在空气中传播的特性进行测量。
其原理主要包括发射超声波脉冲、接收超声波反射信号以及计算测距距离三个步骤。
2.1 发射超声波脉冲超声波传感器会发射一个超声波脉冲信号，通常频率在20kHz到200kHz之间。
脉冲信号在空气中传播，并在目标物体上发生反射。
2.2 接收超声波反射信号当超声波脉冲信号被目标物体反射后，超声波传感器会接收到反射信号。
接收到的信号经过放大和滤波处理后，被转换成数字信号。
2.3 计算测距距离根据超声波传感器发送脉冲信号到接收到反射信号的时间间隔，可以计算出测距距离。
测距公式如下：距离 = (声速 × 时间间隔) / 2其中，声速通常使用常数值343m/s，时间间隔以秒为单位。
3. 超声波测距的应用案例3.1 工业自动化超声波测距广泛应用于工业自动化领域，例如在机器人的导航和避障中。
通过使用超声波传感器，机器人可以测量到周围的障碍物距离，从而做出相应的动作或路径调整。
3.2 智能家居超声波测距也被应用于智能家居系统中。
例如，在智能安防系统中，超声波传感器可以检测到入侵者的接近，并触发相应的报警系统。
此外，超声波测距还可以用于智能灯光系统中，自动调节灯光的亮度和发散角度。
3.3 车辆辅助系统超声波测距在车辆辅助系统中也得到了广泛应用。
例如，在倒车雷达系统中，超声波传感器可以探测到车辆后方的障碍物，提供给驾驶员倒车时的参考，并发出警告信号。
3.4 液位测量超声波测距还可以用于液位测量领域。
传感器发射超声波脉冲进入液体，当脉冲到达液体表面后会发生反射，传感器接收到反射信号后可以计算出液位的高度。
4. 总结超声波测距技术通过发射和接收超声波信号来测量目标物体的距离。
它在工业自动化、智能家居、车辆辅助系统以及液位测量等领域有着广泛的应用。
超声波测距
三、软件、硬件设计
3.1纯硬件版测距仪
555单 稳态触 发电路 40KHz 超声波 发生电 路 超声波 驱动电 路
发射器
显示
信号 处理
信号 放大
接收器
电源电路
555单稳态触发电路
由555构成 的单稳态触 发电路为后 续超声波发 生电路提供 触发电平， 由 T=(R6+2*R 4)*C*ln2， 可得： T=28ms。
超声波测距仪
工训中心 唐建祥
要求：
要求能够测量20—200mm的距离，采用 电池供电，尽可能地降低功耗，尽可能 地缩小测距仪的体积，并能够直观地显 示距离信息。
超声波测距仪主要内容
一、前言 二、测量方法 三、硬件、软件设计 四、测量结果
一、前言
测距技术在物位检测、医疗探伤、汽车防撞等民 用、工业领域应用广泛，由于超声波的速度相对 于光速要小的多，其传播时间就比较容易检测， 并且易于定向发射，方向性好，发射强度好控制， 且不受电磁干扰影响，因而利用超声波测距是一 种有效的非接触式测距方法。
距离 mm
40 600 800 1000 1200 1400 1650 1850
实测 mm
407 603 800 992 1193 1396 1657 1856
距离 mm
450 650 850 1050 1250 1500 1700 1900
实测 mm
455 652 843 1044 1245 1497 1702 1906
+5V
R
x
0.1μF
1
R
C
0
6
1
0
K
G
N
G
D
0.1μF
超声波测距(高度定位控制和测量系统)3图俱全
目录摘要 (2)第一章系统总体设计方案 (4)1.1 超声波测距原理 (4)1.2 超声波测距系统 (4)第二章系统的硬件设计 (5)2.1 超声波发生电路 (5)2.2 超声波接收电路 (6)2.3 温度的补偿 (8)2.4 LED动态显示电路 (8)第三章系统软件设计 (9)3.1 主程序结构 (10)3.2 中断程序结构 (11)3.3回波接收程序 (11)第四章误差分析 (12)4.1.时间误差 (12)4.2.超声波传播速度误差 (12)第五章调试 (12)第六章整机原件清单 (13)第七章总结 (13)7.1设计任务完成情况 (13)7.2 心得体会 (14)参考文献 (15)附录一 (16)附录二 (17)附录三 (18)摘要高度定位控制和测量系统也就是我们常说的超声波测距。
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。
而电子技术及压电陶瓷材料的发展，使高度定位控制和测量系统得到了迅速的发展。
超声测距是一种非接触式的检测技术。
与其它方法相比，它不受光线、被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。
因此在液位测量、机械手控制、车辆自动导航、物体识别等有广泛应用。
特别是应用于空气测距，由于空气中波速较慢，其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来，具有很高的分辨率，因而其准确度也较其它方法为高;而且超声波传感器具有结构简单、体积小、信号处理可靠等特点。
关键字：传感器、测距、测量系统、设计、高度定位PICKHighly positioning control and measurement system is also we often say the ultrasonic ranging. Due to the strong, the energy consumption of ultrasonic directivity slowly in the medium of communication, distance, and is often used to measure the distance of ultrasonic, such as rangefinder and material level measurement instrument etc can all through the ultrasonic. And electronic technology and the development of piezoelectric ceramic materials, high positioning control and measuring systems have been developed rapidly.Ultrasonic ranging is a non-contact detection technologies. Compared with other methods, it is light and darkness, the analyte in dust, smoke, electromagnetic interference, toxic etc harsh environments have certain ability to adapt. Therefore, in robot control level measurement, vehicle navigation, automatic object recognition is widely used. Especially the application in the air, the air velocity range due to low, the echo signal along the direction of propagation of contains information on the structure, very easily with high resolution, and its accuracy is higher than other methods for, And the ultrasonic sensor has simple structure, small volume, the characteristic such as being reliable signal processing.Key words: sensor, and measurement system, the design, the high position第一章系统总体设计方案1.1 超声波测距原理超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。
测距仪的原理及分类
测距仪的原理及分类测距仪是一种用于测量目标与测距仪之间距离的设备。
它被广泛应用于军事、航空航天、建筑工程等领域，具有高精度、高可靠性和高效率的特点。
1.激光测距原理：激光测距是利用激光束在空间传播速度恒定的特性，通过测量激光束发射和接收的时间差来计算目标与测距仪之间的距离。
激光测距仪具有高精度和长测距范围的特点，广泛应用于地理测量、制图、建筑工程等领域。
2.超声波测距原理：超声波测距是利用超声波在空气中的传播速度约为340m/s的特性，通过测量超声波发射和接收的时间差来计算目标与测距仪之间的距离。
超声波测距仪广泛应用于工业、家用和机器人等领域。
3.电磁波测距原理：电磁波测距是利用电磁波在空间传播的特性，通过测量电磁波发射和接收的时间差来计算目标与测距仪之间的距离。
电磁波测距仪适用于不同频段的电磁波，常见的应用包括雷达、无线通信、航海导航等领域。
测距仪通常分为以下几类：1.激光测距仪：激光测距仪是利用激光测距原理进行测距的设备。
根据测距精度和测距范围的不同，可以分为短距离激光测距仪和远距离激光测距仪。
远距离激光测距仪通常应用于军事和航天领域，具有高精度和长测距范围的特点。
2.超声波测距仪：超声波测距仪是利用超声波测距原理进行测距的设备。
根据测距范围的不同，可以分为短距离超声波测距仪和远距离超声波测距仪。
短距离超声波测距仪通常应用于室内测量和机器人导航等领域，远距离超声波测距仪通常应用于工业和测绘等领域。
3.雷达测距仪：雷达测距仪是利用电磁波测距原理进行测距的设备。
根据测距范围和工作频段的不同，可以分为近距离雷达测距仪和远距离雷达测距仪。
远距离雷达测距仪通常应用于航空航天和海洋导航等领域，具有高精度和长测距范围的特点。
总的来说，测距仪的原理和分类多种多样，不同的测距仪适用于不同的环境和应用领域，具有各自的特点和优势。
随着科技的不断进步，测距仪的精度和测距范围不断提高，将为各个领域的应用提供更加可靠和高效的测量工具。
超声波测距工作原理
超声波测距工作原理超声波测距技术是一种常见且广泛应用于各行业的非接触式测距方法。
它借助超声波在空气中的传播特性，通过发射器发出超声波，再由接收器接收反射回来的超声波，并根据测量时声波的回程时间来计算距离。
本文将详细介绍超声波测距的工作原理。
一、超声波的生成和传播超声波是一种频率高于人类听觉范围的声波，其频率通常大于20kHz。
超声波的生成是通过压电晶体实现的。
在超声波传感器中，压电晶体被施加电压时会发生压电效应，从而产生机械变形，进而产生声波。
这些声波经由发射器释放到空气中，然后向远处传播。
超声波在空气中传播速度较快，大约为340米/秒。
二、超声波测距的原理当超声波遇到物体表面时，部分能量将被物体表面反射，另一部分则穿透物体继续传播。
接收器通过接收到反射回来的超声波信号，并测量从发射器发射声波到接收器接收到声波的时间差，就可以计算出待测物体与传感器的距离。
三、超声波测距的实现1. 发射器发出超声波信号：发射器首先将电能转换为机械能，使压电晶体振动产生超声波信号。
超声波信号在空气中传播，向待测物体表面传输。
2. 超声波信号的反射：当超声波遇到物体表面时，部分声波能量被物体表面反射回来。
这些反射波与传感器之间的距离是待测距离的重要参考。
3. 接收器接收超声波信号：接收器接收到反射回来的超声波信号，并将其转换成电能。
4. 时间差测量：通过测量从发射器发出声波到接收器接收到声波的时间差，可以计算出待测物体与传感器的距离。
这个时间差是通过传感器内部的计时器来测量的。
5. 距离计算：根据声波在空气中的传播速度，利用已知的时间差，可以使用以下公式来计算待测物体与传感器之间的距离：距离 = （声波在空气中的传播速度 ×时间差）/ 2四、超声波测距的优势和应用领域超声波测距技术具有以下优势：1. 非接触式测距：超声波测距不需要与待测物体直接接触，因此可以在不损坏待测物体的情况下进行测量。
2. 高精度和稳定性：超声波测距的精度较高，可以达到毫米级别，并且具有较好的稳定性。
超声波传感器测量距离
一、超声波测距原理超声波测距原理是通过超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时开始计时,超声波在空气中传播时碰到障碍物就立即返回来,超声波接收器收到反射波就立即停止计时。
超声波在空气中的传播速度为v ,而根据计时器记录的测出发射和接收回波的时间差△t ,就可以计算出发射点距障碍物的距离S ,即:S = v·△t /2 ①这就是所谓的时间差测距法。
由于超声波也是一种声波, 其声速C与温度有关,表1列出了几种不同温度下的声速。
在使用时,如果温度变化不大, 则可认为声速是基本不变的。
常温下超声波的传播速度是334 米/秒,但其传播速度V 易受空气中温度、湿度、压强等因素的影响,其中受温度的影响较大，如温度每升高1 ℃, 声速增加约0. 6 米/ 秒。
如果测距精度要求很高, 则应通过温度补偿的方法加以校正（本系统正是采用了温度补偿的方法）。
已知现场环境温度T 时, 超声波传播速度V 的计算公式为：V = 331.45 + 0.607T ②声速确定后,只要测得超声波往返的时间,即可求得距离。
这就是超声波测距仪的机理。
二、系统硬件电路设计图2 超声波测距仪系统框图基于单片机的超声波测距仪框图如图2所示。
该系统由单片机定时器产生40KHZ的频率信号、超声波传感器、接收处理电路和显示电路等构成。
单片机是整个系统的核心部件，它协调和控制各部分电路的工作。
工作过程：开机，单片机复位，然后控制程序使单片机输出载波为40kHz的10个脉冲信号加到超声波传感器上，使超声波发射器发射超声波。
当第一个超声波脉冲群发射结束后，单片机片内计数器开始计数,在检测到第一个回波脉冲的瞬间,计数器停止计数，这样就得到了从发射到接收的时间差△t;根据公式①、②计算出被测距离,由显示装置显示出来。
下面分别介绍各部分电路：1 、超声波发射电路超声波发射电路如图3所示，89C51通过外部引脚P1.0 输出脉冲宽度为250μs , 40kHz的10个脉冲串通过超声波驱动电路以推挽方式加到超声波传感器而发射出超声波。
超声波测距技术指标
超声波测距技术是一种常用的非接触式测距技术，它通过发射超声波信号并测量信号的回波时间来计算距离。
以下是一些常见的超声波测距技术指标：
1. 测量范围：指传感器可以有效测量的最大距离范围。
不同型号的超声波传感器具有不同的测量范围，通常在几厘米到数米之间。
2. 精度：指测量结果与实际距离之间的偏差或误差。
精度通常以百分比或毫米为单位表示。
3. 分辨率：指传感器能够测量的最小距离差异。
较高的分辨率意味着传感器可以检测到更小的距离变化。
4. 重复性：指相同物体在相同条件下进行多次测量时，测量结果之间的差异程度。
较小的重复性误差表示传感器的稳定性较高。
5. 视场角：指传感器能够检测到的水平和垂直方向上的角度范围。
较大的视场角意味着传感器能够覆盖更广泛的区域。
6. 响应时间：指传感器从发送超声波信号到接收回波并测量
距离的时间。
较短的响应时间意味着传感器能够更快地进行测量。
7. 工作频率：指传感器发射超声波信号的频率。
常见的工作频率包括20 kHz、40 kHz和200 kHz等。
8. 环境适应性：指传感器在不同环境条件下的性能稳定性。
例如，传感器是否受到温度、湿度、灰尘等因素的干扰。
需要注意的是，不同型号和制造商的超声波测距传感器具有不同的技术指标，具体的指标要根据实际产品来确定。
此外，使用超声波测距技术时还需要考虑应用场景、测量对象以及其他特殊需求，以选择最合适的传感器。
超声波测距工作原理
超声波测距工作原理
超声波测距是一种常见的非接触式距离测量方法，其工作原理是利用声波在空气或其他介质中传播的特性。
具体而言，超声波测距利用了声波在传输过程中的发射和接收时间差来计算被测物体与发射器之间的距离。
在超声波测距的过程中，首先会有一个超声波发射器产生高频的声波信号。
这些声波信号会以一定的速度传播，当遇到一个物体时会发生反射。
然后，超声波接收器会接收到反射回来的声波信号。
接下来，根据声波的传播速度以及发射和接收的时间差，可以通过简单的计算来确定被测物体与发射器之间的距离。
由于声波在空气中的传播速度是已知的，所以只需要测量时间差即可得到准确的距离值。
需要注意的是，超声波测距的精确度受到多种因素的影响。
首先是发射器和接收器之间的位置摆放，要确保它们在同一直线上且距离合适。
其次是环境因素，如温度、湿度等变化会对声波的传播速度产生影响。
此外，被测物体的形状、材料等也会影响反射信号的强度和形态，进而影响测距的准确性。
综上所述，超声波测距工作原理是基于声波的发射和接收时间差进行距离计算。
通过合理设置发射器和接收器的位置以及考虑环境和被测物体的因素，可以实现准确的距离测量。
超声波测距毕业设计论文
超声波测距毕业设计论文超声波测距毕业设计论文引言：在现代科技的推动下，各种测距技术得到了广泛的应用，其中超声波测距技术因其高精度、非接触等特点而备受关注。
本文将探讨超声波测距技术在毕业设计中的应用，并对其原理、方法和实验结果进行详细介绍。
一、超声波测距的原理超声波测距是利用超声波在空气中传播的特性来测量距离的一种技术。
超声波是一种频率高于人类听觉范围的声波，其传播速度与介质的密度和弹性有关。
在超声波测距中，通常使用超声波发射器发射一束超声波，经过被测物体后，超声波被接收器接收到。
通过测量超声波的传播时间，即可计算出被测物体与发射器的距离。
二、超声波测距的方法1. 时间差法时间差法是最常用的超声波测距方法之一。
该方法通过计算超声波从发射器到接收器的传播时间差来确定距离。
具体实现时，发射器发射超声波后，接收器开始计时，当接收到超声波信号后停止计时。
通过测量计时器的数值，可以得到超声波的传播时间，从而计算出距离。
2. 相位差法相位差法是另一种常用的超声波测距方法。
该方法通过测量超声波在传播过程中的相位差来确定距离。
具体实现时，发射器发射超声波信号，在接收器接收到超声波信号后，通过计算超声波信号的相位差，可以计算出距离。
三、超声波测距的应用超声波测距技术在工业、医疗、安防等领域都有广泛的应用。
1. 工业领域在工业领域，超声波测距技术可用于测量物体的距离、厚度、速度等参数。
例如，可以用于测量液体中的液位，以便控制液体的供应和排放；还可以用于测量物体的厚度，以便判断物体是否合格。
2. 医疗领域在医疗领域，超声波测距技术被广泛应用于超声诊断。
通过超声波的反射和传播时间，可以获取人体内部组织和器官的图像，从而实现对疾病的诊断和治疗。
3. 安防领域在安防领域，超声波测距技术可用于人体检测和距离测量。
例如，可以用于人体检测门的设计，以便实现对人员进出的自动控制；还可以用于测量人员与设备之间的距离，以便实现对人员的安全保护。
超声波测距的原理
超声波测距的原理超声波测距是一种常见的测距方法，它利用超声波在空气中的传播速度来测量距离。
超声波是一种频率高于人类听觉范围的声波，通常在20kHz以上。
它在测距领域有着广泛的应用，包括工业自动化、车辆倒车雷达、无人机避障等领域。
超声波测距的原理非常简单，它利用声波在空气中传播的速度和时间的关系来计算距离。
当发射超声波的传感器发送一个超声波脉冲时，超声波会以声速在空气中传播，当它遇到障碍物时会被反射回来。
接收超声波的传感器会记录下超声波发射和接收的时间差，通过时间差和声速的关系，就可以计算出超声波传播的距离。
超声波测距的原理主要涉及到声波的传播速度和时间的关系。
声波在空气中的传播速度约为340m/s，这个数值是一个常数。
因此，当超声波发射后，我们可以通过测量超声波发射和接收的时间差来计算出超声波传播的距离。
这个时间差乘以声速就是超声波传播的距离。
超声波测距的原理非常简单，但是在实际应用中需要考虑到一些因素。
首先，由于超声波在空气中的传播速度是一个常数，所以测量的精度主要取决于时间测量的精度。
其次，由于超声波在传播过程中会受到空气密度、温度等因素的影响，因此在测距过程中需要对这些因素进行修正。
最后，超声波在传播过程中也会受到障碍物表面的反射和散射影响，这些因素也需要考虑在内。
总的来说，超声波测距的原理是利用声波在空气中的传播速度和时间的关系来计算距离。
它在工业自动化、车辆倒车雷达、无人机避障等领域有着广泛的应用。
在实际应用中，需要考虑到时间测量的精度、环境因素的修正以及障碍物表面的影响。
超声波测距是一种简单而有效的测距方法，它为各种应用提供了可靠的测距解决方案。
超声波测距正确程序
超声波测距正确程序摘要超声波测距是一种常见的测量距离的方法，其原理是利用超声波在空气中传播的特性来测量距离。
然而，在实际使用中，由于各种因素的影响，常常会出现距离测量不准确的情况。
本文将介绍一种超声波测距的正确程序，以确保测距结果的准确性。
超声波测距是通过发射超声波并检测回波来测量距离的一种技术。
一般来说，超声波测距的整个过程包括以下几个步骤：1.发射超声波：通过发射器将超声波发射出去。
2.接收回波：当超声波遇到物体时，会反射回来。
通过接收器接收这些回波。
3.计算距离：根据回波的时间差来计算距离。
正确程序要确保超声波测距的准确性，需要注意以下几点：1. 选择合适的发射器和接收器在选择超声波发射器和接收器时，需要考虑其频率、灵敏度和信噪比等参数。
一般来说，频率较高的超声波在空气中传播的距离较短，但灵敏度较高，能够检测到较小的物体。
信噪比也是一个重要的参数，它决定了回波信号和噪声之间的比例，直接影响到测量结果的精度。
2. 稳定的电源超声波测距需要稳定的电源来提供能量，所以需要使用稳定的电源供电。
如果电源不稳定，可能会导致超声波发射不稳定或接收器失灵等问题，进而导致测量结果不准确。
3. 校准在使用之前，需要校准超声波发射器和接收器，以确定它们的工作状态。
校准通常包括调节发射器和接收器的角度、位置和距离等参数，以确保超声波能够正常传播并被接收器接收到。
此外，还需要根据具体的应用场景调整参数，比如根据测量距离要求调整超声波的频率。
4. 环境因素环境因素也会影响超声波的传播和接收。
比如在室内测量时，可能会出现多次反射、折射和干扰等现象，影响超声波的传播。
因此，需要在测量之前进行环境调查，并根据实际情况选择合适的参数进行测量。
超声波测距是一种常见的测量距离的方法。
然而，要确保测量结果的准确性，需要选择合适的发射器和接收器、稳定的电源、正确的校准和考虑环境因素等。
只有在以上各个方面都做到到位，才能够获得准确可靠的测距结果。
超声波测距仪
测量值不准确
可能是由于探头老化、滤芯堵 塞等原因，需要更换探头或清 洗滤芯。
仪器无法启动
检查电源线是否连接良好，仪 器是否有物理损坏。
显示异常
可能是电路故障或显示模块损 坏，需要专业维修人员进行检
查和修复。
05
超声波测距仪的发展趋势与未来展望
技术创新与改进
01
精度提升
通过改进信号处理算法和硬件设 计，提高超声波测距的精度和分 辨率。
实时性优化
02
03
智能化发展
研究更高效的信号传输和处理技 术，降低测距时间延迟，提高实 时性。
结合人工智能和机器学习技术， 实现自动目标识别、测距数据分 析和预测等功能。
应用领域的拓展
机器人与自动化
01
应用于移动机器人、无人机等自动化设备，实现自主导航、避
障等功能。
智能交通
02
用于车辆距离检测、车速控制、安全预警等，提高交通安全性
相对于其他测距方法，超声波测距精度较高。
超声波测距仪的优缺点
• 实时性：能够快速地获取距离信息，实现实时监测和控制。
超声波测距仪的优缺点
受环境影响较大
温度、湿度、气压等因素会影响 超声波的传播速度，从而影响测 量精度。
传播速度慢
相对于电磁波，超声波的传播速 度较慢，因此不适用于需要高速 测量的场合。
超声波测距仪
• 超声波测距仪简介 • 超声波测距仪的组成与结构 • 超声波测距仪的使用与操作 • 超声波测距仪的维护与保养 • 超声波测距仪的发展趋势与未来展望
01
超声波测距仪简介
定义与工作原理
定义
超声波测距仪是一种利用超声波进行 距离测量的仪器。
工作原理
超声波测距
h 射点间的距离 s， 测距原理如图 2-1 所示， 由图 2.2 可知， 测量距离 d s 2 ( ) 2 ， 若 2
s h 时，则 d s ；如果设种采用收发同体传感器或使发射、接收传感器非常接近时
超声波测距仪设计
h s ，则 d vt 。
1 2
图 2.1 测距原理图
其中，d 为超声波发射器到被测物体之间的距离；v 为超声波在媒体中传播的速 度；t 为从发射超声波到接收到超声波之间的时间差。
超声波测距仪设计
开始
系统初始化：配置，LED，定时器等
进入发射超声波子程序
N 回波接收成功标志位 置1 Y 关总中断允许 EA
调用距离计算子程序
是否超过预设范围 Y
N 调用显示子程序显示距离并延时
调用报警子程序
清回波接收成功标志位
图 2.3 主程序流程图
VIII
3 硬件电路设计
3.1 超声波特性
声波是一种传递信息的媒体，它与机械振动密切相关，可以由物体的撞击、运动 所产生的机械振动以波的形式向外传播。现代声学已经涵盖了从 104 Hz~ 1014 kHz 的 频率范围， 相当于从大约 3 小时振动一次的次声波到波长短于固体中原子间距的分子 热振动，即跨越了 1018 量级的宽广频段。振动频率在 16Hz~20kHz 之间的机械波，能 为人耳所闻，称为声波；低于 16Hz 的机械波，称为次声波；高于 20kHz 的机械波， 称为超声波，而高于 100MHz 的机械波，则称之为超高频声波。 由于人耳听阈有限，所以在自然界中似乎超声不存在，其实超声是广泛存在的。 人耳听到的声音只是自然界声音的一部分，即可听声部分，而即使是可听声部分的声 音，有时仍然含有超声成分，只是人耳听不到。人类从 18 世纪开始就开始研究它， 一直延续至今，并利用仿生学的原理制造出雷达等探测工具。在我国，解放前超声的 研究是个空白。解放后不久，出现了很少量的超声学研究。大规模的超声研究开始于 1965 年。目前，我国在超声学的各个领域都开展了研究和应用，有不少的研究成果 处于国际较好水平。 声速在相当大的频率范围内不随频率发生变化， 也就是说超声的传播速度与可听 声波的传播速度是相同的，超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律与 可听声波并无质的区别，与一般声波相比，超声具有更好的指向性，并且可以穿透不 透明物质，超声在一般流体媒质(气体、液体)中的传播理论己较成熟。
超声波测距
超声波测距系统超声波测距是一种利用声波特性、电子计数、光电开关相结合来实现非接触式距离测量的方法。
由于超声波指向性好，能力消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常被用于距离的测量，利用超声波检测距离设计比较简单，计算处理也比较简单，并且在测量精度方面也能达到日常使用要求。
超声波具有声波传输的基本物理特性：反射、折射、干涉、衍射和散射，与物理联系紧密，并且更适合于高温、高粉尘、高湿度和强电磁干扰等恶劣环境下工作。
无论从精度还是可靠性方面，超声波测距都做得比较好。
利用超声波测距往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制。
具有广泛的应用前景。
超声波测距应用于各种工业领域，如工业自动控制，建筑工程测量和机器人视觉识别等方面。
超声波作为一种检测技术，采用的是非接触式测量，由于它具有不受外界因素影响，对环境有一定的适应能力，且操作简单、测量精度高等优点而被广泛应用。
这些特点可使测量仪器不受被测介质的影响，大大解决了传统测量仪器存在的问题，比如，在粉尘多情况下对人引起的身体接触伤害，腐蚀性质的被测物对测量仪器腐蚀，触电接触不良造成的误测等。
此外该技术对被测元件无磨损，使测量仪器牢固耐用，使用寿命加长，而且还降低了能量耗损，节省人力和劳动的强度。
因此，利用超声波检测既迅速、方便、计算简单，又易于实时控制，在测量精度方面能达到工业实用的要求。
国内外的学者在提高超声波测距方面做了大量的研究，影响超声波测距精度的因素包括所测的超声波传输时间和超声波在介质中的传播速度，其中传输时间的精度影响较大。
许多人提出采用降低传输时间的不确定度来提高测量精度，目前，相位探测法和声谱轮廓分析法或者二者的结合是主要的降低传输时间不确定度的方法。
厦门大学提出了一种回波轮廓分析法，该方法在测距中通过两次探测求取回波轮廓包络曲线来求得回波的起点，通过这种方法使测量精度有了很大的提高。
意大利的Carullo等人介绍了一种自适应系统，发射特殊的波形来获得好的回波包络，设置一定的回波开启电平，并采用自动增益的控制放大器。
《超声波测距》课件
超声波信号处理算法
信号滤波
去除噪声干扰，提高信号质量。
信号处理算法选择
根据实际情况选择合适的信号处 理算法，如FFT、小波变换等。
信号放大
将微弱的超声波信号放大，便于 后续处理。
信号解调
将调制的超声波信号解调为原始 信号。
数据存储与传
数据存储
将测量得到的距离数据存 储在本地存储器中，如SD 卡、硬盘等。
精度提升
随着技术的不断进步，超声波测 距的精度有望进一步提高，以满
足更精确的测量需求。
实时性增强
优化算法和硬件设计，提高超声 波测距的响应速度，实现更快速
的实时测距。
智能化集成
将超声波测距与其他传感器和智 能化技术结合，开发出更高效、
智能的测距系统。
未来研究方向
多传感器融合
研究如何将超声波测距与其他传感器（如红外、激光等）进行融 合，提高测距系统的综合性能。
数据传输
通过串口、蓝牙、WiFi等 方式将数据传输到上位机 或云平台，进行进一步的 分析和处理。
数据安全
对存储和传输的数据进行 加密处理，保证数据的安 全性。
Part
05
实验与测试
实验环境与设备
实验环境
室内、室外、无障碍物和有障碍 物等不同环境。
设备
超声波测距模块、微控制器、电 源、连接线等。
实验数据与分析
幅值法
通过比较超声波发射与接 收的信号幅值，判断距离 。当幅值低于预设阈值时 ，认为目标距离较远。
Part
03
硬件设备与搭建
超声波传感器
超声波传感器是实现超声波测距 的关键部件，它能够将电能转换
为声能，并向外发出超声波。
常见的超声波传感器有压电式、 磁致伸缩式和电磁式等，其中压 电式传感器因其结构简单、性能
通信电子中的超声波测距技术
通信电子中的超声波测距技术随着科技的发展，通信电子技术得到了极大的发展与普及，而超声波测距技术在其中扮演了重要的角色。
本文将介绍超声波测距技术在通信电子中的应用，包括其基本原理、优势以及局限性。
一、基本原理超声波测距技术通过发射超声波来实现距离的测量，其原理与声纳相似。
当超声波遇到物体时，一部分能量被反射回来，测量器可以通过测定超声波传播的时间来确定物体与探头之间的距离。
超声波测距技术在通信电子中的应用主要体现在以下方面：1. 距离测量超声波测距技术可以实现非接触式的距离测量，不仅能够对于物体的大小、形状进行测量，还可以通过超声波的高频率来实现高精度的测量。
在工业生产中，可以用超声波测距技术来测量物体的尺寸、距离等信息，从而帮助企业实现智能化生产。
2. 探测障碍物超声波测距技术在汽车行业中非常常见，用来通过探头检测车辆周围是否有障碍物。
在高速公路上行驶时，超声波测距技术能够通过车身周围的超声波传感器来探测交通状况，从而帮助司机做出正确的决策。
超声波测距技术也可用于地下排水管道中，探测是否有阻碍物，减轻了维护的难度。
3. 测量流量在工业生产中，超声波测距技术可用于测量液体或气体的流量。
通过流量计测量设备和传感器发射的超声波来测量流体的速度和方向，从而计算出总体积或质量流量。
这种技术非常适用于一些重要液体、气体的工业生产，如化学物质的精细制造、石油与天然气的勘探与开采等。
二、优势与局限超声波测距技术具有以下优势：1. 非接触式传感器：与其他测量技术相比，超声波测距技术可实现非接触式传感器，因此对于被测对象的物理性质没有特殊要求。
2. 高精度：超声波测距技术可实现高精度的测量，精度可以达到微米级别。
3. 无污染：由于超声波测距技术是非接触式传感器，因此不会造成任何环境污染，具有一定的环保性。
然而，超声波测距技术也存在一些局限性：1. 测距效果受环境影响：受环境中温度、气压等因素的影响，超声波测距技术的测量精度和稳定性会受到影响，因此需要在使用过程中做好校准和维护工作。
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超声波测距
超声波测距原理：
超声波发生器内部结构有两个压电晶片和一个共振板。
当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。
反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波本时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，就成为超声波接收器。
在超声探测电路中，发射端得到输出脉冲为一系列方波，其宽度为发射超声的时间间隔，被测物距离越大，脉冲宽度越大，输出脉冲个数与被测距离成正比。
超声测距大致有以下方法：①取输出脉冲的平均值电压，该电压(其幅值基本固定)与距离成正比，测量电压即可测得距离；②测量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时间间隔t，故被测距离为S=1／2vt。
本测量电路采用第二种方案。
由于超声波的声速与温度有关，如果温度变化不大，则可认为声速基本不变。
如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。
超声波测距适用于高精度的中长距离测量。
因为超声波在标准空气中的传播速度为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达到毫米级。
采用AT89C51或AT89S51单片机,晶振:12M,单片机用P1.0口输出超声波换能器所需的40K方波信号,利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号,显示电路采用简单的4位共阳LED数码
管,断码用74LS244,位码用8550驱动.
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，则有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，
超声波测距器的系统框图如下图所示：
超声波测距专用芯片内部结构及其管脚图：超声波发射电路：
超声波接收电路：
使用CX20106A集成电路对接收探头受到的信号进行放大、滤波。
其总放大增益80db。
以下是CX20106A的引脚注释。
1脚：超声信号输入端，该脚的输入阻抗约为40kΩ。
2脚：该脚与地之间连接RC串联网络，它们是负反馈串联网络的一个组成部分，改变它们的数值能改变前置放大器的增益和频率特性。
增大电阻R1或减小C1,将使负反馈量增大，放大倍数下降，反之则放大倍数增大。
但C1的改变会影响到频率特性，一般在实际使用中不必改动，推荐选用参数为R1=4.7Ω，C1=1μF（R1换成1K 或10K的电位器，根据实际情况细调较好。
）。
3脚：该脚与地之间连接检波电容，电容量大为平均值检波，瞬间相应灵敏度低；若容量小，则为峰值检波，瞬间相应灵敏度高，但
检波输出的脉冲宽度变动大，易造成误动作，推荐参数为3.3μf。
4脚：接地端。
5脚：该脚与电源间接入一个电阻，用以设置带通滤波器的中心频率f0，阻值越大，中心频率越低。
例如，取R=200kΩ时，f0≈42kHz，若取R=220kΩ，则中心频率f0≈38kHz。
6脚：该脚与地之间接一个积分电容，标准值为330pF，如果该电容取得太大，会使探测距离变短。
7脚：遥控命令输出端，它是集电极开路输出方式，因此该引脚必须接上一个上拉电阻到电源端，推荐阻值为22kΩ，没有接受信号是该端输出为高电平，有信号时则产生下降。
8脚：电源正极，4.5～5V。