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。
超声波测距原理
超声波测距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。
它通常被应用在工业自动化、智能车辆、无人机等领域，具有测距精度高、反射面要求低、不受光照影响等优点。
超声波测距的原理基于声波在空气中的传播速度恒定的特性，通过测量超声波的发射和接收时间来计算距离。
首先，超声波传感器会发射一束超声波脉冲，这个脉冲会在空气中以声速传播。
当这个脉冲遇到一个物体时，部分声波能量会被物体反射回传感器。
传感器会立即切换成接收模式，开始接收反射回来的超声波。
通过测量发射和接收超声波的时间差，可以计算出物体与传感器之间的距离。
超声波测距的原理可以用以下公式表示，距离 = 时间差×声速 / 2。
其中，时间差是发射和接收超声波的时间间隔，声速是超声波在空气中传播的速度。
由于超声波在空气中的传播速度大约为340m/s，因此可以通过测量时间差来计算出物体与传感器之间的距离。
超声波测距的精度受到多种因素的影响，其中包括超声波传感器的发射频率、接收灵敏度、环境温度、声波反射面的性质等。
发射频率越高，测距精度越高，但穿透能力越弱；而接收灵敏度则决定了传感器对反射回来的超声波的捕捉能力。
环境温度的变化会影响声速，从而影响测距的准确性。
此外，反射面的性质也会影响超声波的反射情况，不同的材质和形状都会对超声波的反射产生影响。
为了提高超声波测距的精度和稳定性，通常需要对传感器进行校准和滤波处理。
校准可以通过对传感器的发射频率和接收灵敏度进行调整，以及通过环境温度的补偿来提高测距的准确性。
滤波处理则可以通过滤除噪声信号和干扰信号，使测距结果更加稳定可靠。
总的来说，超声波测距原理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。
它通过测量超声波的发射和接收时间来计算物体与传感器之间的距离，具有测距精度高、反射面要求低、不受光照影响等优点。
在实际应用中，需要考虑多种因素对测距精度的影响，并进行相应的校准和滤波处理，以提高测距的准确性和稳定性。
超声波测距设计毕业设计
超声波测距设计毕业设计一、引言距离测量在许多领域都具有重要的应用，如工业自动化、机器人导航、汽车防撞等。
超声波测距作为一种非接触式的测量方法，具有测量精度高、响应速度快、成本低等优点，因此在实际工程中得到了广泛的应用。
本次毕业设计旨在设计一种基于超声波的测距系统，实现对目标物体距离的准确测量。
二、超声波测距原理超声波是一种频率高于 20kHz 的机械波，其在空气中的传播速度约为 340m/s。
超声波测距的原理是通过发射超声波脉冲，并测量其从发射到接收的时间间隔，然后根据声速和时间间隔计算出目标物体与传感器之间的距离。
假设发射超声波脉冲的时刻为 t1，接收到回波的时刻为 t2，声速为c，距离为 d，则距离 d 可以通过以下公式计算：d ＝ c ×（t2 t1) ／ 2三、系统硬件设计（一）超声波发射模块超声波发射模块主要由超声波换能器和驱动电路组成。
超声波换能器将电信号转换为超声波信号发射出去，驱动电路则提供足够的功率和电压来驱动换能器工作。
（二）超声波接收模块超声波接收模块主要由超声波换能器、前置放大器、带通滤波器和比较器组成。
换能器将接收到的超声波信号转换为电信号，前置放大器对信号进行放大，带通滤波器去除噪声和干扰，比较器将信号整形为方波信号。
（三）控制与处理模块控制与处理模块采用单片机作为核心，负责控制超声波的发射和接收，测量时间间隔，并计算距离。
同时，单片机还可以将测量结果通过显示模块进行显示，或者通过通信模块与上位机进行通信。
（四）显示模块显示模块用于显示测量结果，可以采用液晶显示屏（LCD）或数码管。
（五）电源模块电源模块为整个系统提供稳定的电源，包括 5V 和 33V 等不同的电压等级。
四、系统软件设计（一）主程序流程系统上电后，首先进行初始化操作，包括单片机的初始化、定时器的初始化、端口的初始化等。
然后进入主循环，不断地发射超声波脉冲，并等待接收回波。
当接收到回波后，计算距离，并进行显示或通信。
(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。
超声波精确测距的研究
超声波精确测距的研究超声波测距是一种重要的无损检测技术，在工业、医疗和科研等领域具有广泛的应用价值。
随着科学技术的发展，对超声波测距的精度和稳定性的要求也越来越高。
本文将围绕超声波精确测距的研究展开，首先介绍超声波测距的背景和现状，然后提出存在的问题和相应的研究方法，最后分析实验结果并展望未来研究方向。
超声波测距的研究现状超声波测距的方法主要有时间差法、幅值法、频率法和相位法等。
其中，时间差法是最常用的方法，其原理是利用超声波传播速度与传播时间的乘积来确定距离。
目前，研究人员已经提出了多种优化时间差法测距的技术，如多普勒频移补偿、回波信号增强、噪声抑制等。
问题提出尽管现有的超声波测距方法已经取得了一定的成果，但仍存在一些问题。
首先，测距精度受到多种因素的影响，如超声波传播速度的变化、检测表面的粗糙度等。
其次，现有的方法在低噪声环境下测距效果较好，但在复杂环境下，如存在多径效应、衰减效应等时，测距精度和稳定性会受到较大影响。
因此，如何提高超声波测距的精度和稳定性是亟待解决的问题。
研究方法为了解决上述问题，本文采用了以下研究方法：1、实验设计：设计不同距离、不同材料的超声波测距实验，以模拟实际应用中的各种情况。
2、数据采集和处理：利用高精度数据采集卡和信号处理软件，获取超声波回波信号，并进行信号增强、噪声抑制等处理。
3、误差分析：通过对实验数据的分析，找出影响测距精度的主要因素，并对其进行误差分析。
实验结果与分析实验结果表明，超声波测距的精度和稳定性得到了显著提高。
在近场区域内，测距误差小于1%，稳定性良好；在远场区域内，测距误差略高，但仍在可接受范围内。
通过对实验数据的分析，发现超声波传播速度的波动和检测表面粗糙度是影响测距精度的主要因素。
在复杂环境下，本文所采用的方法具有较好的鲁棒性和抗干扰能力。
结论与展望本文通过对超声波精确测距的研究，提出了一种有效的优化方法，提高了测距精度和稳定性。
然而，仍存在一些局限性，如对复杂环境的适应能力有待进一步提高。
超声波测距实验报告
超声波测距模块工作原理
超声波发射器发射 一组超声波脉冲
脉冲遇到物体后反 射回来
超声波接收器接收 反射回来的脉冲
通过计算发射和接 收脉冲之间的时间 差，得到物体与传 感器之间的距离
编写Arduino程序，控制 超声波传感器发送和接收 信号
连接Arduino板与电脑， 上传程序并运行
调整超声波传感器的角度 和位置，确保测量距离准 确
开始测量
准备超声波传感器和Arduino板 连接超声波传感器和Arduino板 编写程序，设置触发和接收引脚 启动Arduino板，开始测量距离
数据记录和处理
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
拓展应用场景：将超声波测距技术 应用于更多领域，如自动驾驶、智 能机器人等。
降低成本：通过优化设计和生产工艺， 降低超声波传感器和测距系统的成本， 使其更广泛地应用于各种领域。
感谢您的观看
汇报人：XX
实验步骤
准备实验器材
超声波传感器 添加标题
连接线 添加标题
添加标题 Arduino开发板
添加标题 面包板
跳线 添加标题
测量工具 添加标题
添加标题 电脑和软件
添加标题 实验环境
搭建实验装置
准备超声波传感器、 Arduino板、面包板、跳 线等材料
连接超声波传感器与 Arduino板的引脚
连接Arduino板与面包板 的引脚
学会使用超声波传感器进行距离测 量
学会分析实验数据，得出结论
掌握数据处理和分析技巧
学习如何使用超声波传感器进行距 离测量
超声波测距技术的研究及应用
超声波测距技术的研究及应用超声波测距技术是一种常见的非接触距离测量技术，其原理是基于超声波在空气中传播的速度和反射的特性来测量距离。
随着科技的不断发展和应用领域的不断扩展，超声波测距技术已经被广泛应用于多个领域，例如工业、医学、环保等。
一、超声波测距技术的原理及发展历程超声波是一种机械波，其频率通常在20kHz至1MHz之间，比人耳可听到的声波高得多。
当超声波在一定媒介中传播时，会受到媒介物理性质的影响。
在空气中传播时，超声波的速度、频率以及幅度都会发生变化。
超声波测距技术基本原理是：将一个特定频率的超声波发送到目标物体，当超声波到达物体表面时，一部分超声波会被反射回来；接收器接收返回的超声波，并计算其传输的时间。
根据超声波在空气中传播的速度，可以通过计算传输时间来计算测量距离。
该技术的发展历程可以追溯到20世纪初。
当时，在海洋探测和工业测量方面，超声波测距技术已经得到了广泛的应用。
20世纪50年代，由于人们对工作环境和条件的要求越来越高，超声波测距技术逐渐从海洋和工业领域扩展到其他领域。
二、超声波测距技术在医学领域的应用在医学领域，超声波测距技术被广泛应用于诊断和治疗过程中。
例如，常用的B超检查技术就是使用超声波测距技术来获取人体内部组织和器官的图像。
另一个重要的应用是超声波在产科检查中的应用。
通过超声波测距技术，医生可以记录孕妇和胎儿的生理数据，为及时和准确地诊断胎儿异常和处理并发症提供了帮助。
此外，超声波测距技术还可以在治疗过程中发挥作用。
例如，通过使用高强度聚焦超声波测距技术，可以精确控制焦点，将能量集中在目标部位的任何深度和大小的肿瘤上，有效抑制肿瘤生长。
三、超声波测距技术在环保领域的应用超声波测距技术还被广泛应用于环境保护，如用于水污染治理和大气环境监测等方面。
在水污染治理方面，超声波测距技术被用于监测水质以及水体中的微量污染物。
通过分析水中污染物的反射信号，可以确定其精确位置和浓度，进而采取针对性的处理措施。
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
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。
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。
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。
超声波测距报告
应用场景
超声波测距技术在机器人 避障、智能家居、无人机 定位等领域具有广泛的应 用前景。
05
结果分析
结果准确性分析
准确性评估
01
通过与激光测距仪的测量结果进行对比，评估超声波测距的准
确性。
误差范围
02
确定超声波测距的误差范围，判断其是否满足测量精度要求。
生变化，影响测量精度。
障碍物表面特性影响
超声波在遇到不同表面特性的障碍物时反 射特性和衰减特性不同，可能影响测量结
果。
角度依赖性
超声波测距的精度受到发射器和接收器之 间角度的影响，角度偏差可能导致测量误 差。
测量范围限制
超声波传播距离较短，通常在几米至几十 米范围内，对于远距离目标测量效果较差 。
03
超声波测距报告
汇报人： 202X-12-25
目录
• 引言 • 超声波测距技术 • 实验设备与环境 • 实验过程与结果 • 结果分析 • 结论与建议
01
引言
目的和背景
目的
本报告旨在全面介绍超声波测距技术，包括其工作原理、应用领域、优缺点以及未来发展趋势。
背景
随着科技的发展，测距技术在各个领域都得到了广泛的应用。超声波测距作为一种非接触式测距方法，具有精度 高、速度快、稳定性好等优点，因此在机器人定位、无人驾驶、无人机飞行控制等领域具有广阔的应用前景。
超声波测距技术的原理
超声波的产生与接收
超声波测距系统通常由超声波发射器和接收器组成。发射器负责产生超声波，而接收器则 负责接收反射回来的声波。
测距原理
超声波在空气中传播的速度是已知的（约为340m/s），因此，通过测量超声波从发射到 被物体反射回来的时间，就可以计算出物体与测距仪之间的距离。公式为：距离 = 声速 × 时间 / 2。
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传播的特性来实现距离的测量。
超声波是一种频率高于人类听觉范围的声波，通常在20kHz到200kHz之间。
超声波测距的原理主要涉及到超声波的发射、传播和接收三个方面。
首先，超声波的发射是通过超声波传感器来实现的。
超声波传感器内部包含一个压电陶瓷片，当施加电压在其上时，压电陶瓷片会振动产生超声波。
这些超声波会以球面波的形式向四面八方传播，直到碰到障碍物后被反射回来。
其次，超声波的传播是指超声波在空气中的传播过程。
超声波在空气中传播的速度约为343m/s，这个速度是一个常数，因为在常温下空气的密度和弹性模量都是不变的。
根据超声波传播的速度和接收到超声波的时间差，可以计算出超声波的传播距离。
最后，超声波的接收是通过超声波传感器来实现的。
当传感器接收到反射回来的超声波时，压电陶瓷片会再次振动产生电信号。
这个电信号经过放大和处理后，可以得到超声波的传播时间，再通过计算就可以得到测距结果。
超声波测距的原理简单清晰，而且具有很高的测距精度。
但是在实际应用中，需要注意一些影响测距精度的因素。
比如，温度、湿度等环境因素会影响超声波在空气中的传播速度，从而影响测距结果。
此外，超声波在传播过程中会受到空气的吸收和散射，也会影响测距的精度。
总的来说，超声波测距的原理是通过发射超声波、测量超声波的传播时间来实现的。
它具有测距精度高、测距范围广、成本低廉等优点，在工业、自动化、机器人等领域有着广泛的应用前景。
希望本文能够帮助大家更好地理解超声波测距的原理，为相关领域的应用提供一些参考和帮助。
超声波测距的原理
超声波测距的原理
超声波测距是利用超声波的特性来测量物体到测距仪的距离。
超声波是一种频率高于人能听到的声波的声波。
超声波测距的原理是通过发射器发出超声波脉冲，并注意到当超声波在物体表面发生反射时，将会返回到接收器。
测距仪计算从发射到接收超声波之间的时间差，并乘以声波在空气中传播的速度，即可得到物体与测距仪的距离。
测距仪中的发射器一般是一个压电晶体，当加上电流时，晶体会产生振动并发出超声波。
接收器通常是另一个晶体，它可以将接收到的超声波转换成电压信号。
超声波的传播速度通常取决于介质的类型和温度。
在大多数情况下，超声波在空气中的传播速度约为每秒340米，而在水中约为每秒1500米。
超声波测距广泛应用于工业自动化、避障传感器、机器人导航、汽车停车辅助等领域。
它具有测量范围广、测量精度高、无需接触目标物体等优点，并且不受光线、尘埃、颜色等物理因素的影响。
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
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编码：
山东省第二届大学生物理科技创新大赛
作品申报书
作品名称：超声波测距
学校全称：
申报者姓名：
指导教师：
类别：
□实验方法研究（A类）
□自制实验教学仪器（B类）
■物理量智能化测量技术（C类）
□实验模拟与仿真（D类）
山东省第二届大学生物理科技创新大赛组委会制
2010年3月
说明
1．申报者应在认真阅读此说明各项内容后按要求如实填写。
2．编码由大赛组委会统一填写。
3．作品的研究报告必须用中文撰写，并附于申报书后，一般不应少于2000字。
4．作品申报书必须按规定时间由各校统一将电子稿件发到大赛组委会E-MAIL邮箱，或者直接送到大赛组委会。
5．竞赛组委会地址：青岛市经济技术开发区前湾港路579号
山东科技大学物理实验中心
邮编：
E-MAIL:
联系人：
联系电话：
手机：
申报者情况
申报者情况
姓名性别
出生
年月
学校全称专业
现学历年级学制通讯地址联系电话
合
作
者
情
况
姓名性别年龄学历所在单位
指导教师情况和意见指导教
师情况
姓名性别年龄职称
单位联系电话
对作品
的真实
性以及
作品的
意义、
水平等
评价
该作品为我校等三名同学在老师的耐心指导下，利用课余时间研制而成。
采用单片机为主控，显示部分用了1602液晶显示模块，电源
采用6v碳性电池。
通过超声波模块反馈回来的时间差，算出待测距离。
另外，用到了一块DS18B20温度采集芯片，实现测量实时温度的目的。
所有的信息，集中显示在12232液晶屏上，功能之间的切换用按键来
实现。
作品设计灵感来源于实际生活的需要，实用性较强，在生活中
有着广泛的应用。
申报者所在
学院审核意
见
年月日
申报作品情况（由申报者本人填写）
作品全称超声波测距展示形式及
实物尺寸
□软件；■实物及
尺寸：15cm*8cm*3cm
作品设计的目的和基本思路（相关资料作为附件，例如研究报告、实验数据、外观图、鉴定证书和应用证书等）
本作品最主要的功能是实现利用超声波实现距离的测量。
另外，在人性化设计方面，本作品添加了实时温度测量并显示的功能。
本作品操作界面友好，夜间能够背光显示，还能能够利用按键实现功能之间的切换，方便实用。
还有，作品的头部带有一激光发射头，能助人快速的定位被测物体。
超声波测距是借助于超声脉冲回波渡越时间法来实现的。
设超声波脉冲由传感器发出到接收所经历的时间为t，超声波在空气中的传播速度为c，则从传感器到目标物体的距离d可用下式求出：
从式(1)可知，只要知道超声波在空气中的传播速度c，则测出传播声时t就可求出传感器到目标物体的距离d。
作品的创新点、技术难点和实际应用情况
创新点：本作品做工精致，设计合理，功能齐全，操作方便。
作品利用电池供电，可方便携带。
头部设有激光发射头，能准确定位被测物体。
附加的温度检测功能，也为生活提供了很大的方便实际应用：作品已经在实际中多次的使用过了，性能表现的得较为优越，无任何故障产生。
其他说明
评审委员会意见组委
会秘书处资格审查□通过审查□未通过审查
审查人（签名）
年月日
评审小组成绩小组内排名：
得分：
组长（签名）
年月日
评审会终审建议□特等奖□一等奖
□二等奖□三等奖
□未获奖
主任（签名）
年月日
超声波测距仪
一、方案论证
方案一：接收经运放放大后，由音频锁相环芯片LM567来接收40KHZ的信号从而产生高低电平发送给单片机，由单片机进行处理计算出距离。
优点:LM567的接收频率调节范围大，应用灵活。
缺点：结构比较复杂，容易使电路不稳定。
方案二：接收信号直接输入CX20106芯片，由其产生的低电平直接送给单片机。
优点：电路简单，CX20106具有很高的稳定性。
通过以上比较，决定采用方案二。
二、系统组成与工作原理
超声波测距是借助于超声脉冲回波渡越时间法来实现的。
设超声波脉冲由传感器发出到接收所经历的时间为t，超声波在空气中的传播速度为c，则从传感器到目标物体的距离d可用下式求出：
从式(1)可知，只要知道超声波在空气中的传播速度c，则测出传播声时t就可求出传感器到目标物体的距离d。
本测距仪采用STC89C52作为主控芯片，用555芯片发射40KHZ的方波，由CX20106接收。
用12232液晶屏显示。
1硬件电路设计
2.、软件流程
N
Y
N
结束
初始化
开始
发射，关中断，T0，T1，计时
延时，开INT0中断
查表设置 增益倍数
调用计算子程序
调用显示子程序
存储数值
调用测温子程序，补偿声速
T1有溢出？
Y
有INT0中断标志？
停止T0计时。