超声测距温湿度补偿算法的研究及STM32实现_张喜红

合集下载

基于单片机带温度补偿的超声波测距设计报告

基于单片机的超声波测距设计报告摘要: 超声波具有指向性强，能量消耗缓慢，传播距离较远等优点，所以，在利用传感器技术和自动控制技术相结合的测距方案中，超声波测距是目前应用最普遍的一种，他广泛应用于防盗、倒车雷达、水位测量、建筑施工工地以及一些工业现场。

本课题详细介绍了超声波传感器的原理和特性，以及STC公司的STC89C52的单片机的性能和特点，并在分析了超声波测距的原理的基础上，指出了设计测距系统的不足并加以改进，将温度引起的误差考虑在内并且加以修正，给出了以STC89C52单片机为核心的低成本、高精度、液晶显示超声波测距系统的硬件电路和软件设计方法。

该系统电路设计合理、工作稳定、性能良好、检测速度快、计算简单并且做到了可设计报警范围的功能,在测量精度方面能达到工业使用的要求。

关键词：单片机；液晶显示；报警；测距Ultrasonic distance measurement based on single chipAbstract:Ultrasound has a strong point, the energy consumption of the slow spread of the advantages of distance, so the use of sensor technology and automatic control technology, the program combines distance, ultrasonic distance measurement is the most common one, and he widely used in security, parking sensor, water level measurement, construction sites and some industrial sites.This subject introduces the principles and characteristics of ultrasonic sensors, and microcontroller STC89C52 STC's performance and characteristics, and the analysis of the ultrasonic distance measurement based on the principle that the lack of design ranging system and make improvements, will into account the error due to temperature and should be amended to STC89C52 given low-cost microcontroller as the core, high-accuracy, liquid crystal display ultrasonic ranging system of hardware and software design methods. The system circuit design is reasonable, stable, good performance, fast detection of simple calculation and can be designed to achieve the alarm range of functions to achieve precision in the measurement requirements for industrial use. Keywords:microcontroller; LCD display; alarm; ranging目录1 绪论 (5)1.1 研究的背景 (5)1.2研究的主要内容 (5)1.3应解决的关键问题 (5)2 电路方案论证 (5)2.1方案比较 (5)2.1.1 激光测距 (5)2.1.2 超声波测距 (6)2.2电路总体方案 (6)3单片机概述 (7)3.1 STC89C52主要性能 (7)3.2 STC89C52外部结构及特性 (7)3.3 STC89C52内部组成 (8)4 超声波测距模块 (10)4.1 超声波传感器介绍 (10)4.2 HC-SR04超声波测距模块的性能特点 (11)4.3 HC-SR04的管脚排列和电气参数 (12)4.3.1 管脚简介 (12)4.3.2 HC-SR04的电气参数 (12)4.4超声波时序图 (12)5系统硬件电路设计 (14)5.1单片机最小系统 (14)5.1.1 STC89C52芯片 (14)5.1.2 复位电路 (14)5.1.3 晶振电路 (15)5.2 驱动显示电路及报警电路 (16)5.2.1 1602LCD液晶显示屏 (16)5.2.2 蜂鸣器报警 (17)5.3 HC-RS04超声波测距原理 (18)5.4 5V稳压电路 (19)5.5温度检测电路 (19)5.5.1 温度检测方案的分析 (19)5.5.2 数字温度传感器DS18B20简介 (20)5.5.3 DS18B20的结构及电路 (20)6系统程序的设计 (21)6.1主程序 (21)6.2显示数据子程序 (22)6.3报警子程序 (22)6.4按键子程序 (23)结论 (25)参考文献 (26)附录（A） (27)附录（B） (28)致谢 (46)1 绪论1.1 研究的背景单片机技术的迅速兴起与蓬勃发展，其稳定、安全、高效、经济等优点十分突出，所以其应用也十分广泛。

基于STM32的超声波测距系统-电子信息

毕业设计（论文）题目基于STM32的超声波测距系统学生毕业设计（论文）原创性声明本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆工程学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。

与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

毕业设计（论文）作者（签字）：年月日重庆工程学院本科生毕业设计摘要摘要随着社会的发展与进步人们不再局限于传统的测距方式，本文设计为一款基于STM32新颖且极具特色的超声波测距系统，相比于以往的单片机系统，其频率和主频能够在PLL的倍频上，显示72MHz的效果，高精度的测量可以受到较高程度的分辨率定时器的保证和庇佑。

对比于51单片机速度，STM32超声波测距的速度快了大约30倍左右。

结合超声波传感器与嵌入式处理器STM32F103，设计出的一种简单的智能超声波测距仪装置，采用ARM内核芯片STM32F103ZET6的32位嵌入式微处理器，同时带有温度补偿的US-100超声波测距模块实现声波测距。

具有丰富串口资源的STM32，能提供5路串口，通过微处理器的串口实现OLED显示距离和实时显示等参数。

US-100带有温度传感器，对超声波的声速进行补偿，提高测量精度。

关键词：STM32F103 US-100 超声波测距OLED显示ABSTRACTWith the development and progress of society, people are no longer confined to traditional ranging methods. This paper designs a new and distinctive ultrasonic ranging system based on STM32. Compared with the previous single-chip computer system, its frequency and main frequency can display the effect of 72MHz on PLL frequency doubling. High-precision measurement can be guaranteed and protected by high-resolution timer. Compared with the speed of 51 single chip computer, the speed of STM32 ultrasonic ranging is about 30 times faster.Combining the ultrasonic sensor and embedded processor STM32F103, a simple intelligent ultrasonic range finder is designed. The 32-bit embedded microprocessor based on ARM core chip STM32F103ZET6 and the US-100 ultrasonic range finder module with temperature compensation are used to realize acoustic range finder. STM32, which has rich serial resources, can provide 5 serial ports and realize OLED display distance and real-time display through serial ports of microprocessors. The US-100 has a temperature sensor to compensate the sound speed of the ultrasonic wave and improve the measurement accuracy. Key words: STM32F103; US-100; ultrasonic ranging; OLED display目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1.2 国内外发展现状 (1)1.3 本文主要研究内容 (2)1.4 本文的章节安排 (3)2 超声波测距原理及实现 (5)2.1 测距原理及方式 (5)2.2 温度及各种干扰 (6)3 硬件电路的设计与实现 (7)3.1 系统总体设计思路 (7)3.2 系统的硬件设计思想 (8)3.3 主控制模块STM32F103微控制器 (8)3.3.1 US-100超声波测距模块 (9)3.3.2超声波发射电路设计 (9)3.3.3超声波接收电路设计 (10)3.3.4显示模块电路设计 (11)3.41 MCU主控 (13)3.42 加减按键及切换按键 (13)3.43 蜂鸣器及ole显示屏 (13)3.44 稳压电路及usb供电电路 (14)3.45 串口下载电路及测距电路 (14)4软件的设计与实现 (15)4.1 主程序设计 (15)4.2 定时中断程序设计 (20)4.3 超声波发生子程序 (21)4.4 程序烧录 (22)5 距离测试 (24)5.1 实验过程及分析 (24)5.2 误差原因分析及改进措施 (26)6 结论与展望 (27)6.1 本文研究结论 (27)6.2 研究展望 (28)致谢 (29)参考文献 (30)附录 (31)1 绪论本章主要介绍了基于STM32的超声波测距系统的研究意义和研究背景，分析和总结了国内外超声波测距领域的研究现状，并对本文的章节安排和主要研究内容都作了具体明确的说明。

基于stm32单片机的超声波测距仪设计报告

基于stm32单片机的超声波测距仪设计报告1. 引言超声波测距仪（Ultrasonic Distance Sensor）是一种常用的测距设备，通过发送超声波脉冲并接收其反射信号来测量目标与测距仪之间的距离。

本报告将详细介绍基于stm32单片机的超声波测距仪的设计过程。

2. 设计原理超声波测距仪的基本原理是利用超声波在空气中的传播速度和反射特性来计算目标物体与测距仪之间的距离。

其中，stm32单片机作为测距仪的控制核心，通过发射超声波脉冲并测量接收到的回波时间来计算距离。

2.1 超声波传播速度超声波在空气中的传播速度约为340m/s，可以通过测量超声波往返的时间来计算出距离。

2.2 超声波反射信号当超声波遇到障碍物时，会产生反射信号，测距仪接收到这些反射信号并测量其时间差，再通过计算即可得到距离。

3. 硬件设计本设计使用stm32单片机作为核心控制器，并搭配超声波发射器和接收器模块。

3.1 超声波发射器超声波发射器负责产生超声波脉冲，并将脉冲信号发送到待测物体。

3.2 超声波接收器超声波接收器负责接收从物体反射回来的超声波信号，并将其转换为电信号。

3.3 stm32单片机stm32单片机作为测距仪的核心控制器，负责发射超声波脉冲、接收反射信号并计算距离。

4. 软件设计本设计涉及的软件设计包括超声波信号发射、接收信号处理和距离计算等。

4.1 超声波信号发射使用stm32单片机的GPIO口控制超声波发射模块，产生一定频率和周期的脉冲信号。

4.2 接收信号处理通过stm32单片机的ADC模块，将超声波接收器接收到的模拟信号转换为数字信号，并对信号进行处理和滤波。

4.3 距离计算根据接收到的超声波反射信号的时间差，结合超声波的传播速度，使用合适的算法计算出距离。

5. 实验结果与分析经过实际测试，基于stm32单片机的超声波测距仪达到了预期的效果。

能够精确测量目标与测距仪之间的距离，并显示在相关的显示设备上。

基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计

基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计一、本文概述随着科技的不断进步，超声波测距技术因其非接触性、高精度和快速响应等优点，在机器人导航、物体定位、无人驾驶等领域得到了广泛应用。

本文旨在设计一种基于STM32单片机的高精度超声波测距系统，以满足现代工业与生活中对测距精度和实时性的高要求。

本文将首先介绍超声波测距的基本原理，包括超声波的传播特性、回声测距原理等。

接着，将详细阐述基于STM32单片机的超声波测距系统的硬件设计，包括超声波发射器、接收器、信号处理电路以及STM32单片机的选型与外围电路设计等。

在此基础上，本文将探讨软件设计的关键技术，如超声波发射与接收的时序控制、回声信号的处理算法以及距离计算的实现方法。

为了提高测距精度和稳定性，本文将重点研究信号处理算法的优化，包括滤波技术、阈值设定、时间测量精度提升等。

还将讨论系统校准方法，以减小环境因素对测距结果的影响。

本文将给出系统的实际测试结果，包括在不同距离和环境条件下的测距精度和响应速度。

通过实验结果的分析，验证所设计的基于STM32单片机的超声波测距系统的性能与可靠性，为相关领域的实际应用提供参考。

二、系统总体设计本系统以STM32单片机为核心，结合超声波传感器、信号处理电路、电源管理模块以及外设接口，构建了一个高精度超声波测距系统。

系统的设计目标是实现稳定、准确的距离测量，同时满足低功耗、小型化以及易于集成的要求。

STM32单片机凭借其高性能、低功耗和易于编程的特点，成为本系统的理想选择。

该单片机具备丰富的外设接口和强大的处理能力，可以满足超声波信号的处理、距离计算以及与其他模块的通信需求。

为了保证测距的精度和稳定性，本系统选择了高性能的超声波传感器。

该传感器具有发射和接收超声波信号的功能，通过测量超声波在空气中的传播时间，可以计算出目标与传感器之间的距离。

信号处理电路是系统的关键部分，负责接收和处理超声波传感器输出的信号。

本系统设计了专门的信号处理电路，包括放大电路、滤波电路和ADC转换电路等，以确保信号的稳定性和准确性。

基于STM32的温湿度检测和无线的传输

毕业设计（论文）题目：基于STM32的温湿度检测和无线的传输学院：信息工程与自动化专业：自动化学生姓名：指导教师：日期：基于STM32的温湿度检测和无线的传输摘要随着嵌入式技术的发展，单片机技术进入了一个新的台阶，目前除最早的51单片机现在有了STM32系列单片机以AMR的各系列单片机，而本次毕业设计我采用STM32单片机来完成，目的是实现温湿度的采集和数据的无线传输，温湿度的采集是作为自动化学科中一个必须掌握的检测的技术，也是一项比较实用的技术。

而无线的传输时作为目前一项比较前沿的技术来展开学习的，所有的新新产业中都追求小规模高效率，而无线的技术可以降低传统工程的工程量，同时可以节省大量由排线、线路维修、检测上的一些不必要的障碍和消耗。

同时，在实时运行阶段也可以明显体现它的便携性，高效性和节能性。

本次设计目的是做出成品，并能采集实时数据传输至上位机。

关键词:嵌入式技术；电路设计；STM32；cc1020无线传输；sht10温湿度采集；程序设计引言我的毕业设计做的是温湿度数据的采集和无线的传输。

温湿度的采集的用途是非常的广泛的，比如说化工业中做酶的发酵，必须时刻了解所发酵酶的温湿度才可以得到所需酶。

文物的保护同样也离不开温、湿度的采集，不仅在文物出土的时刻，在博物馆和档案馆中，空气湿度和和空气质量条件的优劣，是藏品保存关键，所以温湿度的检测对其也是具有重要意义的。

最后就是大型机房的温湿度的采集，国家对此有严格标准规定温湿度的范围，超出此范围会影响服务器或系统的正常工作等等。

所以温湿度的检测是目前被广泛运用。

此次设计的芯片采用的是STM32，由于STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核。

按性能分成两个不同的系列：STM32F103“增强型”系列和STM32F101“基本型”系列。

增强型系列时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品；基本型时钟频率为36MHz，以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能，是16位产品用户的最佳选择。

超声波测距温度补偿计算公式

超声波测距温度补偿计算公式一、超声波测距原理。

超声波测距是通过测量超声波从发射到接收所经历的时间来计算距离的。

其基本公式为：d = (v× t)/(2)，其中d表示距离，v表示超声波在介质中的传播速度，t表示超声波从发射到接收的时间间隔。

二、温度对超声波传播速度的影响。

超声波在空气中的传播速度v与温度T（单位：^∘C）有关，近似的经验公式为：v = 331.4 + 0.6T。

三、温度补偿计算公式推导。

1. 在没有温度补偿时，根据d = (v× t)/(2)，这里的v是在某一默认温度下的速度。

2. 当考虑温度影响时，我们先根据实际温度T计算出此时超声波的传播速度v = 331.4+ 0.6T。

3. 假设在没有温度补偿时计算出的距离为d_0（使用默认速度v_0），即d_0=frac{v_0× t}{2}；在考虑温度补偿后的距离为d，d=((331.4 + 0.6T)× t)/(2)。

4. 我们可以从d_0推导出温度补偿后的距离d的表达式。

- 由d_0=frac{v_0× t}{2}可得t=frac{2d_0}{v_0}。

- 将t=frac{2d_0}{v_0}代入d=((331.4 + 0.6T)× t)/(2)中，得到d=frac{(331.4 + 0.6T)×frac{2d_0}{v_0}}{2}，化简后d = d_0×(331.4 + 0.6T)/(v_0)。

所以，温度补偿计算公式为d = d_0×(331.4 + 0.6T)/(v_0)，其中d_0是未进行温度补偿时计算出的距离，v_0是未考虑温度影响时默认的超声波传播速度，T是实际温度（^∘C）。

stm32超声波测距原理

stm32超声波测距原理STM32超声波测距原理引言：超声波测距是一种常用的测量技术，它利用超声波的传播速度和回波时间来测量目标物体与传感器的距离。

STM32是一种基于ARM Cortex-M内核的32位微控制器，具有丰富的外设和强大的计算能力，广泛应用于各种测量和控制系统中。

一、超声波测距原理超声波测距原理是利用超声波在空气中的传播速度及其传播时间来计算目标物体与传感器之间的距离。

具体过程如下：1. 发射超声波信号：STM32通过IO口控制超声波传感器向目标物体发射超声波信号。

超声波传感器内部包含一个震荡器，当接收到控制信号后，震荡器开始振动产生超声波。

2. 超声波传播：发射的超声波信号在空气中以声速传播，碰到目标物体后会发生反射。

3. 接收回波信号：超声波传感器同时兼具发射和接收功能，它可以接收到目标物体反射回来的超声波信号。

4. 计算距离：STM32通过定时器捕获功能记录超声波发射和接收的时间差，根据声速和时间差计算出目标物体与传感器之间的距离。

二、STM32实现超声波测距STM32作为控制器，可以实现超声波测距功能。

具体步骤如下：1. 初始化定时器：首先，需要初始化STM32的定时器，配置为捕获模式，并设置相关参数，例如计数边沿、预分频系数等。

定时器的作用是记录超声波发射和接收的时间差。

2. 发射超声波信号：通过STM32的IO口控制超声波传感器，使其发射超声波信号。

通常情况下，发射信号的持续时间为10微秒左右。

3. 接收回波信号：超声波传感器接收到反射回来的超声波信号后，将触发STM32的定时器，记录接收到回波信号的时间。

4. 计算距离：根据定时器记录的发射和接收时间差，结合声速的数值，可以通过简单的计算公式得到目标物体与传感器之间的距离。

三、注意事项1. 需要根据具体的超声波传感器和环境来选择合适的声速数值，常见的声速数值为340m/s。

2. 超声波测距的有效范围受到多种因素的影响，例如超声波传感器的发射功率、接收灵敏度、目标物体的形状和表面特性等。

基于超声波测距过程温度补偿系统的设计与研究

46现代制造技术与装备2017第3期总第244期基于超声波测距过程温度补偿系统的设计与研究潘晓绒(陕西国防工业职业技术学院，西安710302)摘要：测量环境温度的变化影响着超声波传播速度的大小，从而影响了超声波测量的准确性。

本文设计了一种具有温度补偿功能的超声波测距系统，有效解决了环境温度对超声波测距的影响，提高了测量精度。

关键词：超声波测距温度补偿1引言由于各地的温度、湿度、气压等自然因素的不同，声波传播的速度成为影响超声波测距精度的重要因素。

超声波在大气中的传播速度受介质的温度、密度的影响：c座⑴\ M式中：Y为气体定压热容与定容热容的比值，为1.40; R为常量，8.314kg/mol;T为环境温度；M为空气分子量，28. 8kg/mol〇通过式（1)得知，空气中，声速的大小是由环境温度高低决定的。

因此，为了能够得到精度较高的测量数据，必须对环境温度进行精度测量。

实际工程中，一般采用公式L=Ct / 2换算当地声速。

虽然这也能得到较为准确的当地声速，但是在较高精度要求的测距过程中，温度对超声波测距结果的影响较为严重。

因此，获得精确的当地声速是提高超声波测距精度的前提条件。

2系统设计2.1环境温度的准确测量根据温度与声速的关系可以发现，只要准确测量当地的实时温度，即可得到超声波传播的准确速度，从而有利于提高测试结果的精确度。

然而，如何准确获得复杂环境下的温度呢？可以通过选用功能强大的测温仪器来获取。

市场上，测温仪器琳琅满目，如热电偶、集成测温传感器、热敏电阻等，都可以对温度进行精确测量。

由于考虑到测距系统的整体结构不能太大，因此在对各元件选取上，在满足使用要求时，尽可能选择空间结构较小者。

所以，采用集成测温传感器。

2.2温度校正法提高测距精度根据前面的分析可以得出：环境温度对声波的波速有较大影响，而对声速的准确计量，决定了测距结果的精确度。

由于该企业地处北方，一年四季气温变化明显，冬天和夏天的温度相差有40余度，且生产现场设备较多，设备运转产生的热量也可能影响环境温度的变化。

基于stm32的超声波测距仪设计

— 165 —基于STM32的超声波测距仪设计胡光夏（武汉职业技术学院电信学院，湖北　武汉　430074）【摘　要】基于Cortex-M0内核的低功耗单片机STM32，设计了一种操作简单、价格低廉、携带方便的自动测距仪。

通过测量超声波发射到遇到障碍物返回的时间差，计算出距离，同时加入温度补偿以提高测距精度。

经测试，探测距离最近2cm，最远4.5m。

【关键词】Cortex-M0　超声波　测距仪　温度补偿1超声波测距原理由超声波发射器发射40kHz 超声波，途中遇到障碍物时立即返回，经超声波接收器接收反射波并转化为电信号。

设超声波往返时间为，声速为，则被测物体的距离s=t/2，控制器可计算出发射源到目标障碍物之间的距离。

其中声速=331.3+0.606T ，T 为摄氏气温。

2系统电路设计测距仪的硬件组成结构示意图如图1所示。

图1系统结构图2.1核心处理器核心处理器采用基于Cortex-M0架构的STM32F030C6，该芯片主频和定时器的频率可高达48MHz ，内部集成多达32KB 的Flash ，4KB 的SRAM 。

外设接口丰富，包括1个12位的AD 转换器、6个定时器、39个通用IO 口等。

价格低廉，零售价仅3元左右。

2.2超声波发射电路超声波发射电路如图2所示。

主要由ST202和超声波发射换能器构成，单片机I/O 口输出的40kHz 方波信号TRIG 通过ST202转换成12V 电压信号。

ST202是一款双通道RS232驱动芯片，用它实现对脉冲信号的升压、升压后输出，经激发探头发射出超声波。

该电路优点是消除电路谐振，无需额外电源对发射头供电。

图2 超声波发射电2.3超声波接收电路超声波接收电路如图3所示。

主要由集成运放TL074和超声波接收换能器构成，相对于专用的超声波接收集成芯片，TL074价格低廉。

接收到的反射波经过运放的整形滤波，还原成脉冲送入ECHO引脚图3 超声波接收电路2.4温度补偿电路温度传感器采用数字式集成温度传感器DS18B20，电路如图4所示。

基于STM32的多通道温湿度测量仪设计

800×480 像素，采用 1mer_task8。
活，容易进行多点触摸，采用硬度较大的钢化玻璃材
配置该任务的优先级为 8，堆栈容量为 128 B。
摸屏而言，电容触摸屏只需轻微的手指触碰就能激
料，使用寿命长 [16]。
和 PB11，按键引脚的初值化值均配置为高电平，通
对应值在触摸屏上刷新，配置该任务的优先级为 9，
个按键的 GPIO 分别为 PA11、PA12、PB8、PB9、PB10
过人机交互界面可进一步设置温湿度报警值。
1.7
功率放大电路
为提高报警器的响度，降低单片机的负载，使用
1.6
按键设计
在按键设计中，共设置了 7 个按键，其中一个为
复位按键，其余 6 个为湿度×10、湿度×1、湿度×0.1，温
度×1、温度×0.1、温度×0.01，分别表示湿度相对变化
start_task 用于创建其他任务，执行完毕后挂起，
touch_task 用于触摸屏的刷新任务，配置该任务的优
先级为 3，堆栈容量为 128 B。 emwin_task 用于人机
本电路，留有串口电路的目的有两个：程序烧写和与
的温湿度数据进行取样，探究温湿度对高寒草甸土
上位机通信；通过按键设置温湿度的报警值；对 8 个
壤氮矿化的影响；文献[5]测量出了土壤温湿度数据，
研究了不同的覆盖方式对土壤温湿度的影响。工程
中通常采用电子仪表对土壤进行温湿度测量
[6-7]
。文
献[8]利用虚拟仪器技术，基于 51 单片机搭建了一套
values are displayed on the touch screen. The alarm value of temperature and humidity is set by keys，

基于STM32的超声波测速测距系统设计

基于STM32的超声波测速测距系统设计蔡光昭;洪远泉;周永明【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2014(000)024【摘要】系统以STM32处理器为控制核心，主要包含超声波发射电路、超声波接收电路、温度补偿模块和液晶显示电路等电路。

通过测量超声波发射到遇到障碍物返回的时间差，计算出距离和速度。

采用DS18B20检测环境温度，修正超声波传播速度误差。

经测试，系统可测量5 m内的距离和100 cm/s内的速度。

%The system takes the STM32 processor as its control core,and mainly includes ultrasonic transmitting circuit, ultrasonic receiving circuit,temperature compensation module and liquid crystal display circuit. The distance and speed are cal⁃culated by measuring the time difference between ultrasonic emission and return. DS18B20 is used to detect the ambienttemper⁃ature,and correct the ultrasonic propagation velocity error. The testing results show the system can measure the distance within 5 m and speed in 100 cm/s.【总页数】3页(P87-89)【作者】蔡光昭;洪远泉;周永明【作者单位】韶关学院电子系，广东韶关 512005;韶关学院电子系，广东韶关512005;韶关学院电子系，广东韶关 512005【正文语种】中文【中图分类】TN919-34;TP933【相关文献】1.基于STM32的超声波精确测距系统设计 [J], 李修权;刘杰;黑创;黄力;尹志豪2.基于STM32的多通道超声波测距系统设计 [J], 张彬彬3.基于STM32和LabVIEW的超声波测距系统设计 [J], 季三飞; 雷蕊英; 王晴4.基于STM32和LabVIEW的超声波测距系统设计 [J], 季三飞; 雷蕊英; 王晴5.基于STM32单片机的超声波测距系统设计与实现 [J], 张安东因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

具有温度补偿功能的超声波测距系统设计

ＤｙｎａｍｉｃＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＮｏｒｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００５１，Ｃｈｉｎａ）
ＤｅｓｉｇｎｏｆＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＤｉｓｔａｎｃｅＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍｗｉｔｈＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎＷＡＮＧＺｈａｎｘｕａｎ，ＺＨＡＯＤｏｎｇ ’ ｅ，ＤＡＮＧＨａｏｈｕａｉ，ＺＨＡＮＧＸｉａｏｍｅｉ，ＬＩＹｉｎｇ
【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｄｉｓｔａｎｃｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ＳＴＣ８９Ｃ５２；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｎｓｏｒ；ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓｅｎｓｏｒ
ｍｅｔｈｏｄｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅａｃｃｕｒａｔｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｄｉｓｔａｎｃｅｆｒｏｍ５ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒｓｔｏ４ｍｅｔｅｒｓ．ＴｈｅｓｙｓｔｅｍｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆＳＴＣ８９Ｃ５２ｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐ，ＤＳ１８Ｂ２０ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｎｓｏｒ，ＨＣ —ＳＲ０４ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓｅｎｓｏｒａｎｄｄｉｇｉｔ — ｌａｄｉｓｐｌａｙｃｉｒｃｕｉｔ．Ｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｅｒｒｏｒｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ３ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒｓ．Ｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｓｉｍｐｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｈａｒｄｗａｒｅ，ｌｏｗｃｏｓｔａｎｄｒｅｌｉａｂｌｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｓｃｅｒｔａｉｎｐｒａｃｔｉｃａｌｖｌｕａｅ．

基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计

ｃｍｐｒｔｒｐａｔｉｕｔａｅｕｅｏｒｄｃｈｌｄａｅｎｒｏ．ｄｉｏｕｉｇｔｅｐａｉｅｅｔｇｔｃｎｑｅｏａａｏｌｓｉｃｒｉｒｓｄｔｅｕｅｔｅｂｉｒａａｄｅｒｒｎａｄｔｎ，ｓｈｅｋｔｃｃｎＩｉｎｍｅｄｔｃｉｅｈｉｕｎｔｒｕｈｔｅｓｆｒｇｒｍ，ｅａｒｖｉｆｕｒｓｎｃｅｈａｅｃｒｅｔｅｅｔｄＴｅｅｐｒｍｅｔｈｗｔａｈｈｏｇｏｔｅａｏｉｈｗａｌｈｔｔｒａｔｈｉｌｍｅｏｈａｏｉｃｏｃｎｂｏｃｌｄｔｃｅ．ｈｘｅｙｉｎｓｓｏｈｔｔｅｓｓｍｙｔｅｔａｃｒｃａｅｃｏ１ｍａｄｔｅｂｉｄａｅｏｏ２５ｍｃｕａｙｃｎｒａｈｔｒｅｎｌｒａｌｗｔ．ｃｈｎ
ＫｅｒｓＴＭ３ｃｏｒｃｓｏ；ｕｔａｏｉｉｔｃａｕｎ；ｄｕｌｏａａｏ；ｔ－ａｎｃｍｐｎａｉｎ（ＧＣ）ｙｗｏｄ：Ｓ２ＭｉｒｐｏｅｓｒｌｓｎｃｄｓｅｍｅｓｒｇｏｂｅｃｍｐｒｔｒｉｇｉｏｅｓｔＴｒｎａｉｍｅｏ；
ｔａｉｏａｃｏｏｔｌｒｔｅｂｓｒｄｔｎｌｍｉｒｃｎｒｌ，ａｉｉｏｅｈｃ￣ｅｕｎｙａｄｔｅＴｍｅｑｅｃｎｈｉｒ￣ｅｕｎｙｏｈＴ２ｍｉｒｃｎｒｌｒｒａｈｕｏ７ＭＨｚｑｅｃｆｔｅＳＭ３ｃｏｏｔｌｅｃｐｔ２ｏｅ，ｗｈｃｍｐｏｅｔｅｒｓｌｔｎｏｅｍｅｓｒｇｔ．ｈｕｅｏｔｓｔａｏａｔｒＰＭｈｎｅｓｔｒｖｌａｏｉｉｈｉｒｖｅｏｕｉｆｔａｕｎｉＴｅｓｐｒｒｙｉｈｔｕｃｎｓａｔＷｈｏｈｉｍｅｉｉｙｃａｎｌｏｄｅｕｔｓｎｃｉｒ

基于STM32的超声波精确测距系统设计

基于STM32的超声波精确测距系统设计李修权;刘杰;黑创;黄力;尹志豪【摘要】为解决现阶段超声波测距装置测量精度不高的问题,设计了一种基于STM32的超声波测距系统,包括超声波传感器、温度传感器、显示模块、报警电路、无线网络模块.超声波测距采用时间渡越法,通过测量环境温度对当前声速进行修正,使用三角修正函数和中位值平均滤波算法对测量过程中出现的偶然误差进行修正.基于LabVIEW配套开发上位机软件,上位机和单片机采用无线网络通信模式.补偿后测量精度达到±1mm,提高了传统的超声波测距装置的精度.【期刊名称】《长江大学学报（自然版）理工卷》【年(卷),期】2018(015)017【总页数】4页(P29-32)【关键词】超声波;测距系统;温度补偿;无线传输【作者】李修权;刘杰;黑创;黄力;尹志豪【作者单位】长江大学电子信息学院电工电子国家级实验教学示范中心(长江大学),湖北荆州434023;长江大学电子信息学院电工电子国家级实验教学示范中心(长江大学),湖北荆州434023;长江大学电子信息学院电工电子国家级实验教学示范中心(长江大学),湖北荆州434023;长江大学电子信息学院电工电子国家级实验教学示范中心(长江大学),湖北荆州434023;长江大学电子信息学院电工电子国家级实验教学示范中心(长江大学),湖北荆州434023【正文语种】中文【中图分类】TP216.1超声波测距因为其非接触性、防尘防雾等特点被广泛应用[1]。

测距的精度决定了设计系统的优劣，但是传统超声波测量方法存在1cm的误差。

笔者介绍了一种基于STM32单片机的超声波测距系统，能实时显示和保存测量数据，也可以设置报警阈值,在3～75cm内其精度达到了±1mm。

1 超声波测距原理图1 超声波测距原理图示超声波是一种机械波，频率高于20kHz。

超声波波长较短，在空气中传播过程中以纵波形式传输，具有较好的方向性。

常用的超声波检测距离的方法有：时间渡越法[2]、相位检测法和声波幅值检测法。

基于STM32的收发一体式超声波测距系统

基于STM32的收发一体式超声波测距系统夏继强;郑昆;郑健峰;沈忱【摘要】研制了一种基于STM32单片机的收发一体式超声波测距系统的设计方案,介绍了超声波发射电路、接收电路及放大滤波电路.与传统超声波测距系统相比,该系统充分利用STM32资源,在回波处理上直接利用STM32的ADC模块,避免外接复杂的比较处理电路,在温度补偿方面,直接利用STM32的内部温度传感器,避免外接温度传感器,从而简化了硬件电路.在实验室对系统进行了测试,列出了测试结果并分析了产生误差的原因.实验研究表明,该超声波测距系统测距精度满足工程上的要求.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2014(000)008【总页数】4页(P43-45,52)【关键词】STM32单片机;收发一体式超声波传感器;测距;ADC;温度传感器【作者】夏继强;郑昆;郑健峰;沈忱【作者单位】北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京100191;北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京100191;北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京100191;北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京100191【正文语种】中文【中图分类】TP2160 引言超声波检测技术在机器人避障、车辆的定位与导航等领域应用广泛[1]。

目前，国内超声波测距系统主要是以51单片机为处理芯片或采用收发分体式探头。

因51单片机资源不足，故需对超声波回波外接比较处理电路和温度补偿电路，再接入51单片机进行处理，同时因收发分体探头测距角度范围较小，在宽角度多路测量方面不能很好地应用。

1 超声波测距原理与超声波探头超声波测距主要有3种方法：相位检测法虽然精度高，但检测范围有限；声波幅值检测法易受反射波的影响；渡越时间检测法工作方式简单直观，在硬件控制和软件设计上非常容易实现，其原理为检测从发射传感器发射超声波，经气体介质传播到接收传感器的时间，这个时间就是渡越时间[2]。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

0． 9（ V in －V min ） V max －V min
+ 0． 05．
train （）、 sim （）三个函依次实 ③创建网络并进行训练与测试；在 Matlab2010 平台下分别通过 newff （）、现创建网络、训练网络、测试网络．将训练误差参数设为 0．001，不断调整网络结构及其它训练参数（如学习率、学习步长等），直到收到最好的测试效果．经过多次实验，最终确立神经网络模型如下图 3 所示为 2 － 6 － 1 结构，即输入层包含 2 个神经元，隐藏层包含 6 个神经元，输出层为一个节点；输入层 → 隐藏层 → 输出层 purelin．网络训练函数使用： trainlm．最终输出的最值权值和阈值如下：间的传递函数分别为： logsig、第一层的权值转秩矩阵为： w' =
②样本的归一化处理；为了缩短训练时间以及适应网络训练激励函数的需求，需将输入样本按式（ 5 ） 0 1］ X in 代表归一化前的输入值， X max 与 X min 为温、进行归一化到［之间，其中 X in 代表归一化后的值，湿度的 V in 代表归一化前各自最大与最小值．将输出样本 V s 按式（ 6）进行归一化处理，其中 V in 代表归一化后的值， V max 分别代表 V s 的最大值与最小值． V min ，的值， X in = V in = X in －X min X max －X min ，（ 5）（ 6）
i=1 6
－ 2． 9208］；
图3
构建的网络结构
（ 7）（ 8）（ 9）
Vs =
（ y － 0． 05）（ V max －V min ） 0．9 logsig（ x） = 1 ． 1 +e －x
+V min ，
根据上述分析可知，基于 STM32 平台下，用 C 语言编写如下关键代码，实现了超声波速度的随环境 · 20·
表1 温度 T/℃ －30 －20 －10 0 10 20 30 40 速度 V s / m·s －1 313．29 319．36 325．43 331．50 337．57 343．64 349．71 355．78 0% 410．5 415．8 421．1 426．5 431．8 437．2 442．5 448．3 超声波速度标定样本值不同湿度下的实际速度 V s / m·s 20% 351．7 357．9 364．2 369．4 374．6 379．9 385．6 390．5 40% 292．9 300．3 307．3 312．3 317．4 322．6 328．7 333．9
－1
60% 234．1 242．1 250．4 255．2 260．2 265．3 271．8 277．6
80% 175．3 184．2 193．5 198．1 203．0 208．0 214．9 219．5
2．2 数据融合由表 1 的数据分析可知，环境温度、湿度与超声波速度间存在非线性相关性．鉴于神经网络在非线性因此，将表 1 样本数据中温度与湿度值作为神经网络的输入，标定的超声波速度值映射关系拟合的优点，作为神经网络的输出，构建神经网络，进行训练挖掘速度与温度、湿度之间的映射关系，将训练好的映射关 · 19·
［6－7 ］
．单层 BP 神经网络如
图2 单层 BP 神经网络示意图
2， …， N）为 j 维输入信号，其中 x j（ j = 1，图 2 所示， W ij 为对应的连接权重； u i 为各输入信号与相应连（ 2）、（ 3）所示：如式（ 1）、 u j = ∑w ij x j ，
［3 ］
．温、湿度测量模块选取型号为 SHT11
［4 ］
图1
超声测距系统框图
的集成传感器
，其集温、湿度测量于一体，直接输
出温、湿度的测量值，且与外界采用典型的 IIC 总线进行数据通信，在一定程度上简化了系统硬件电路设分辨能力高达 0．01℃ ；可测 0% ～ 100%ＲH 间的湿度，分辨能力高达计．SHT11 可测－ 40℃ ～ 120℃ 间的温度， 0．03%ＲH．能够很好的满足超声测距温、湿度补偿实验的测定要求．
张喜红等：超声测距温湿度补偿算法的研究及 STM 湿度变化的实时校准． #include ＜math．h＞； / / 包含数学公式头文件，以便调用相应的数学公式 #define Vs_max 442．5； / / 速度最大值 #define Vs_min 175．3 ； / / 速度最小值－ 1．8644，－ 10．0350，－ 0．6967，－ 3．4904，－ 2．9208 ｝； / / 第一层的阈值 long double B1_TH ［ 6］= ｛ 16．2036， long double B2_TH = 0．2278； / / 第二层的阈值－ 1．7725，－ 10．8993， long double w_x1 ［ 6］= ｛－ 7．0707， 6．8314， 9．5295， 11．6864｝； / / 温度权值 long double w_x2 ［ 6］= ｛－ 11．8215，13．5721， 12．2470，－ 9．5793， 7．8985，6．6588｝； / / 湿度权值 / / 求神经网络输入权值、阈值加权累加和 long double net_sum（ long double x1； long double x2；）｛ u8 i； long double net_sum； for（ i = 0； i＜6； i ++）｛ net_sum = +（（ w_x1 ［ i］ * x1 + B1_TH ［ i］） + （ w_x2 ［ i］ * x1 + B1_TH ［ i］））；｝ return net_sum；｝ / / logsig（ ·）函数的实现 long double logsig（ long double x）｛ long double y； y = 1 / （ 1 +exp（ x））； / / exp（）为库中的求取幂函数 return y；｝ / / 求当前环境下的超声波速度 Vs Vs = （（ logsig（ sum） + B2_TH）－ 0．05） * （ Vs_max － Vs_min） /0．9 + Vs_min．
［1－2 ］
所述．然而，
在一些特殊测量环境中，湿度对测量结果的影响较大，不可忽视．基于上述现状，本文在 Matlab2010 平台下，基于 BP 神经网络研究了温、湿度误差的补偿，并在 STM32 上实现了本文方法的移植与测试．
1 平台及方法理论
1．1 超声测距实验系统为了开展实验，获取实验样本的温、湿度数据，以及后续算法有效性的移植测验，搭建了如图 1 所示的超声测距系统．其由 STM32 微处理器（型号为 STM32F103CZET6）、 LCD 液晶显示模块、超声发射模块、超声接收模块，及温、湿度测量模块构成．超声发射、接收模块电路的具体实现原理及控制方法，参见文献
第 23 卷
第2期
琼州学院学报
系用于速度偏差补偿是可行的．在 Matlab2010 平台下的具体流程如下：Ｒi 、 Vsi 分别对应 ①构造输入输出样本数据矩阵；将表 1 中的数据按下式（ 4 ）格式进行存储为矩阵 T i 、温度、湿度、超声波速度值，总计 i = 40 个样本．抽取 D 中第 1 行与第 2 行数据为样本点作为神经网络训练输入样本（即抽取 T = － 30℃ ～ 30℃ 之间的样本为训练集），将对应的 V s 值作为训练目标输出样本值．将 T = 40℃ 对应的样本点作为测试样本数据． T1 D = Ｒ1 V s1 … … … Ti Ｒi V si （ 4）
· 18·
吉林省教育学院学报投稿邮箱 jljyxyzz@
1．2 BP 神经网络 BP 神经网络［5］，即反向传播网络．它仿照人脑神经元对外部刺激信号的响应过程，构造多层感知器，采用信号正向传播和误差反向调整的学习机理，经过数次迭代计算，成功地搭建出处理非线性信息的智能化网络模型．其被广泛用于数据融合、压缩等多个领域
0引言
超声测距因具有非接触测量的优点，被广泛用于各个测距领域，如汽车倒车雷达，机器人智能避障，盲人导航，物位测量等．测距的基本原理是超声波反射测量，距离可表示为 L = tv /2，其中 v 是超声波在空气介 t 是从发出超声到收到回波所用时间．上述情况是假定超声波速度 v 不受环境影响的理质中的传播速度，想情况，然而在现实中，超声波速度会因工作环境温、湿度的变化而发生不规则性的改变．如果使用恒定的必然会产生较大的测量误差．基于这一情况，众多研究人员对测距结果的补偿方法速度值进行距离计算，开展了大量的研究，到目前为止大多是基于拟合公式的方法对速度实现温度补偿，如文献
j=1 N
接权重乘积的累加组合； θ i 为调节阈值； v i 为经阈值调整后的值； f （ · ）为神经元的激励函数．其数学表达
（ 1）（ 2）（ 3）
v j = u j +θ j ， y i = f（ v i ）．
2 BP 神经网络温湿度补偿算法
2．1 样本标定使用 1．1 节所设计的超声波测距系统，在空间相对较小的房间中装有加湿器与空调设备对样本数据进行标定．环境温度的改变主要通过空调辅助实现，湿度的变化通过加湿器设备辅助实现．其中 10 摄氏度以下的样本点在超市冷冻冰柜仓内所得，最终所标定的数据样本如表 1 所示，其中 v 由文献
收稿日期： 2015－12－02 基金项目：安徽省教育厅医电子仪器与维护省级特色专业质量工程项目（ 20101459 ）；安徽省教育厅医用电子仪器省级示范实习实训中心项目（ 2011131）；安徽省教育厅重点教研项目（ 2015jyxm535）作者简介：张喜红（ 1983－），男，山西朔州人，亳州职业技术学院讲师，硕士，山东大学访问学者，研究方向为生物医学工程．