高精度超声波测距系统设计
基于μC／OS-Ⅱ的高精度超声波测距系统设计
基于μC／OS-Ⅱ的高精度超声波测距系统设计1 引言超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而用于距离测量。
利用超声波检测往往较迅速、方便、计算简单、易于实时控制，且测量精度能达到工业实用要求，因此在移动机器人的研制中得到广泛应用。
移动机器人要在未知和不确定环境下运行，必须具备自动导航和避障功能。
超声波传感器以其信息处理简单、速度快和价格低的特点广泛用作移动机器人的测距传感器，实现避障、定位、环境建模和导航等功能。
2 系统总体设计方案2．1 超声波测距原理2．1．1 超声波发生器超声波为直线传播方式，频率高，反射能力强。
空气中其传播速度为340 m／s，容易控制，受环境影响小。
因此采用超生波传感器作为距离探测的“眼睛”，可用于测距领域的超声波频率为20～400 kHz的频段，空气介质中常用为40 kHz。
2．1．2 压电式超声波发生器原理压电式超声波发生器实际上利用压电晶体的谐振工作。
超声波发生器内部结构有2个压电晶片和1个共振板。
当它的两电极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将发生共振，并带动共振板振动，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，将压迫压电品片振动，将机械能转换为电信号，这时就成为超声波接收器。
2．1．3 超声波测距原理超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波在空气中传播，碰到障碍物就立即返回。
超声波接收器收到反射波立即停止计时，超声波在空气中的传播速度为340 m／s。
系统中，超声波测距采用检测超声波往返时间的方法。
由于时间长度与声音通过的距离成正比，当超声波发射极发出一个短暂的脉冲波时，计时开始；当超声波接收端接收到第1个返回波脉冲后，计时立即停止。
根据计时器记录的时间t，可计算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。
2．2 系统总体设计该系统采用μC／OS-lI操作系统，系统将软件划分为4个功能模块：回波A/D采集模块，LED显示和按键处理模块，LCD显示模块，报警、存储及串口处理模块。
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、本文概述超声波测距技术因其非接触、高精度、实时性强等特点，在机器人导航、车辆避障、工业测量等领域得到了广泛应用。
STM32单片机作为一种高性能、低功耗的嵌入式系统核心，为超声波测距系统的设计提供了强大的硬件支持。
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，以满足不同应用场景的需求。
二、超声波测距原理本部分将介绍超声波测距的基本原理，包括超声波的产生、传播、接收以及距离的计算方法。
同时，分析影响超声波测距精度的主要因素，为后续系统设计提供理论基础。
三、系统硬件设计3、1在设计基于STM32单片机的高精度超声波测距系统时，我们遵循了“精确测量、稳定传输、易于扩展”的总体设计思路。
我们选用了STM32系列单片机作为系统的核心控制器，利用其强大的处理能力和丰富的外设接口，实现了对超声波发射和接收的精确控制。
在具体设计中，我们采用了回波测距法，即发射超声波并检测其回波，通过测量发射与接收之间的时间差来计算距离。
这种方法对硬件的精度和稳定性要求很高，因此我们选用了高精度的超声波传感器和计时器，以确保测量结果的准确性。
我们还考虑到了系统的可扩展性。
通过STM32的串口通信功能，我们可以将测量数据上传至计算机或其他设备进行分析和处理，为后续的应用开发提供了便利。
我们还预留了多个IO接口，以便在需要时添加更多的传感器或功能模块。
本系统的设计思路是在保证精度的前提下，实现稳定、可靠的超声波测距功能，并兼顾系统的可扩展性和易用性。
31、1.1随着物联网、机器人技术和自动化控制的快速发展，精确的距离测量技术在各个领域的应用越来越广泛。
超声波测距技术作为一种非接触式的距离测量方式，因其具有测量精度高、稳定性好、成本相对较低等优点，在工业自动化、智能家居、机器人导航、安防监控等领域得到了广泛应用。
STM32单片机作为一款高性价比、低功耗、高性能的嵌入式微控制器，在智能设备开发中占据重要地位。
《2024年基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计》范文
《基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计》篇一一、引言随着科技的不断进步，测量技术在众多领域中的应用日益广泛。
高精度超声波测距系统，以其非接触式、测量速度快和成本低廉的优点，被广泛应用于智能机器人、车辆导航、无人机飞行控制等场景。
本文将详细介绍基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计，包括系统架构、硬件设计、软件设计以及实验结果分析等方面。
二、系统架构本系统采用STM32单片机作为主控制器，通过超声波传感器进行测距。
系统主要由STM32单片机、超声波传感器、电源模块、信号处理模块等部分组成。
其中，STM32单片机负责控制超声波传感器的发射与接收，以及处理测距数据；超声波传感器负责将超声波信号发送出去并接收反射回来的信号；电源模块为系统提供稳定的电源；信号处理模块用于对接收到的信号进行滤波、放大等处理，以提高测距精度。
三、硬件设计1. STM32单片机：选用性能稳定、功能强大的STM32系列单片机作为主控制器，负责控制整个系统的运行。
2. 超声波传感器：选用高精度的超声波传感器，具有灵敏度高、测量范围广等优点。
通过单片机的GPIO口控制传感器的发射与接收。
3. 电源模块：为系统提供稳定的电源，包括电池或外接电源两种供电方式。
4. 信号处理模块：对接收到的超声波信号进行滤波、放大等处理，以提高测距精度。
四、软件设计1. 初始化：对STM32单片机进行初始化设置，包括GPIO口、时钟等。
2. 控制超声波传感器：通过GPIO口控制超声波传感器的发射与接收，发送一定频率的超声波信号并等待接收反射回来的信号。
3. 信号处理：对接收到的信号进行滤波、放大等处理，然后通过ADC（模数转换器）将信号转换为数字信号。
4. 距离计算：根据测量的时间差（即超声波信号往返的时间），结合声速，计算出物体与传感器之间的距离。
5. 显示与输出：将测量的距离通过LCD或LED等方式显示出来，同时可通过串口或蓝牙等方式将数据传输到其他设备。
高精度超声测距系统设计
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图1高精度超声测距系统结构图
2设计实现
2.1渡越时间测量和距离补偿算法
渡越时间是指从超声发射器发出的超声波,经气体介质的传播后,然后反射回到接收器的时间。
渡越时间与空气中的声速相乘,就是声波传输的距离,即:
L =12
vt (1)式中,L 为待测距离,v 为超声波的声速,t 为渡越时间。
若用σL =vσΔt +Δtσv 来表示测量误差,σL 为测距误差,v 为声速,σΔt 为时间测量误差,σv 为声速误差。
则可知提高测量精度的方法有:
(1)由于超声波在媒质中的传播速度和温度关系很大,所以必须要采取温度补偿措施,降低温度变化对测量精度的影响。
采用专用数字温度传感器DS 18B20测温,然后利用下面公式来计算当前声速,从而得到补偿温度导致的影响:
v =331.45
t 273.16
+1√
(m/s)(2)(2)若要求测距误差小于0.01m,取声速v =340m/s 时,忽略声速误差,那么测量时间的误差为:σ≤σL =0.01=0.00003s 。
所以必须利用
单片机软件控制流程图
本系统采用单片机和渡越时间算法及温度测量和距离补偿种距离和不同环境温度下进行测试,其稳定性良好且精度较高部分测试结果如表1所示29度环境下测试结果
9.0198.2499.81985000.0
0.2
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多媒体技术将加速舞蹈教学各个方面的进程。
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。
STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计
STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计STM32单片机是一款功能强大的微控制器，它在嵌入式系统和工控领域广泛应用。
其中，高精度超声波测距系统是STM32单片机应用的一个重要方向。
本文将着重介绍这一方向的系统设计。
一、系统设计概述高精度超声波测距系统基于超声波，其原理是测量声波从发射到反射再到回波的时间差，通过声速计算出距离。
本设计采用STM32F103C8T6单片机，外接一个超声波传感器，通过计算出的时间差计算出距离值，并在1602液晶屏上实时显示。
整个系统包括硬件电路和软件部分。
二、硬件电路设计硬件部分主要有超声波传感器、STM32开发板、LCD液晶屏、按键、二极管等组成。
超声波传感器和STM32通过GPIO口连接，超声波传感器的Trig引脚连接STM32的GPIOA12口，Echo引脚连接STM32的GPIOA11，其中Trig为输出，Echo为输入。
STM32还通过GPIO控制LCD液晶屏，LCD的4条数据总线分别连接到STM32的GPIOB3、GPIOB4、GPIOB5、GPIOB6口，而LCD的R、W、E口连接到STM32的GPIOA0、GPIOA1、GPIOA2口，按键通过GPIO口检测按键动作。
为了防止电路反向流，还需要连接1N4148二极管。
三、软件设计软件部分主要包括STM32的程序设计和LCD液晶屏模块设计。
首先，在开发板上使用Keil uVision编写STM32程序，主要包括IO口配置和中断处理，其中中断处理是通过TIM3定时器和输入捕获实现。
然后，通过Keil uVision编写LCD液晶屏模块程序，实现根据输入的距离值实时显示在LCD屏上，并进行滚动显示。
四、测试结果展示经过实际测试，该系统测距范围为2-400cm，精度为1cm。
并且，系统具有超过95％的测距成功率，能够满足实际需要。
图1为实际测试结果展示，图2为系统硬件电路示意图。
五、结论本文介绍了STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计，包括硬件电路和软件设计。
超声波测距系统的设计
超声波测距系统的设计引言：一、硬件设计：1.选择传感器：超声波传感器是测距系统的核心部件，通常采用脉冲法进行测量。
在选择传感器时，应考虑工作频率、测量范围、精度和稳定性等参数，并根据实际需求进行选择。
2.驱动电路设计：超声波传感器需要高频信号进行激励，设计驱动电路时需要根据传感器的工作要求来设计合适的电路，保证信号稳定且能够满足传感器的工作需求。
3.接收电路设计：超声波传感器产生的脉冲回波需要经过接收电路进行信号放大和滤波处理，设计接收电路时需要考虑信号放大的增益、滤波器的截止频率以及抗干扰能力等因素。
4.控制板设计：控制板是超声波测距系统中的核心控制器，负责控制测距过程、数据处理以及通信等功能。
在设计控制板时，应根据系统的要求选择合适的微控制器或单片机，并设计合理的电路布局和电源电路。
二、软件编程：1.驱动程序开发：根据传感器的规格书和数据手册，编写相应的驱动程序，实现对超声波传感器的激励和接收。
2.距离计算算法开发：通过测量超声波的往返时间来计算距离，根据声速和时间的关系进行距离计算，并根据实际情况对计算结果进行修正。
3.数据处理和显示：根据实际需求，对测量得到的距离进行处理，并将结果显示在合适的显示设备上，如LCD屏幕或计算机等。
4.数据通信：如果需要将测量结果传输至其他设备或系统，则需要编写相应的数据通信程序，实现数据的传输和接收。
三、系统测试与优化：1.测试传感器性能：测试测距系统的稳定性、精度和灵敏度等性能指标，根据测试结果对系统参数进行优化和调整。
2.系统校准：超声波测距系统可能受到环境温度、湿度和声速等因素的影响，需要进行校准以提高测量精度。
3.系统集成与实际应用：将超声波测距系统与实际应用场景进行集成，进行实际测试和验证。
总结：超声波测距系统的设计包括硬件设计和软件编程两个方面，其中硬件设计主要包括传感器选择、驱动电路设计和接收电路设计等；软件编程主要包括驱动程序开发、距离计算算法开发、数据处理和显示以及数据通信等。
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。
基于单片机的高精度超声波测距系统的设计设计89346350
基于单片机的高精度超声波测距系统的设计设计89346350目录设计总说明 (I)Introduction (I)１绪论 (1)1．1 系统设计背景 (1)1．2 国内外研究现状 (1)２超声波测距原理和方案 (1)２.１超声波测距的基本理论 (1)２.１.１超声波简介 (1)２.１.２超声波与传播介质的关系 (1)２.１.３超声波换能器简介 (1)２.２超声波测距系统总体设计 (1)３硬件设计 (1)３.１硬件的选型 (1)３.１.１主控单片机的选型 (1)３.１.２超声波传感器的选型 (1)３.１.３温度传感器的选型 (1)３.２ＣＰＵ模块电路的设计 (1)３.３电源电路的设计 (1)３.４发射电路的设计 (1)３.５接收电路的设计 (1)３.５.１回波接收及滤波放大电路 (1)３.５.２时间增益补偿（ＴＧＣ）电路 (1)３.５.３双比较器整形电路 (1)３.６温度补偿电路的设计 (1)３.７显示电路的设计 (1)３.８通讯电路的设计 (1)４软件设计 (1)４.１主程序 (1)４.１.１初始化子程序 (1)４.１.２温度测量子程序 (1)４.１.３距离计算子程序 (1)４.１.４显示子程序 (1)４.１.５时间增益补偿程序 (1)４.１.６通讯电路子程序 (1)４.２时间峰值检测 (1)５结论 (1)参考文献 (1)附录基于单片机的高精度超声波测距系统原理图 (1)致谢 (1)设计总说明目前,超声波测距技术已经广泛的应用于各领域,由于其具有非接触式测量的特点,在工业领域液位、井深、管道长度以及建筑物测量、倒车雷达、智能机器人的控制系统中都发挥了重要的作用。
但以我们当前的技术水平来说，对超声波测距技术的应用是有限的，未来的发展方向应该是朝着高精度、低盲区、拓展功能更丰富以及成本价格更低的方向发展。
和普通超声波测距系统不同,高精度超声波测距系统要求的盲区更小、精度更高。
为了达到该标准，设计系统需包含温度补偿电路，双比较器整形电路和时间增益补偿电路等信号调理电路。
《2024年基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计》范文
《基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计》篇一一、引言在现代电子技术的迅猛发展中，精确测量距离的设备扮演着重要的角色。
随着人类对于生活环境安全性的关注提升，对于各种设备的精度要求也在逐渐加强。
超声波测距技术以其非接触性、高精度、低成本等优点，在众多领域得到了广泛的应用。
本文将详细介绍基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计。
二、系统概述本系统以STM32单片机为核心控制器，结合超声波测距模块，实现对目标物体的精确测距。
系统主要由STM32单片机、超声波测距模块、电源模块、信号处理模块和显示模块等组成。
通过单片机对超声波模块的控制，实现对目标的精确测距，并通过显示模块实时显示测距结果。
三、硬件设计1. STM32单片机：作为系统的核心控制器，负责整个系统的控制与数据处理。
STM32系列单片机具有高性能、低功耗的特点，能够满足系统对于精确度和稳定性的要求。
2. 超声波测距模块：采用高精度的超声波测距传感器，实现对目标物体的距离测量。
通过超声波的发送与接收，实现对目标的距离计算。
3. 电源模块：为系统提供稳定的电源支持，确保系统的正常工作。
电源模块需考虑到功耗问题，以实现系统的长时间运行。
4. 信号处理模块：对超声波测距模块的信号进行滤波、放大等处理，以提高测距的准确性。
5. 显示模块：实时显示测距结果，方便用户观察与操作。
四、软件设计1. 主程序：负责整个系统的控制与数据处理。
主程序通过控制超声波测距模块的发送与接收，获取目标物体的距离信息，并通过显示模块实时显示。
2. 超声波测距模块控制程序：控制超声波的发送与接收，实现对目标物体的距离测量。
通过计算超声波的发送与接收时间差，计算出目标物体的距离。
3. 数据处理程序：对获取的测距数据进行处理，包括滤波、计算等操作，以提高测距的准确性。
4. 显示程序：将处理后的测距结果显示在显示模块上，方便用户观察与操作。
五、系统实现1. 通过STM32单片机的GPIO口控制超声波测距模块的发送与接收，实现超声波的发送与接收功能。
《2024年基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计》范文
《基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计》篇一一、引言随着科技的不断发展，高精度测距技术被广泛应用于各个领域，如机器人导航、环境监测、智能家居等。
本文将介绍一种基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计。
该系统采用先进的超声波测距原理，结合STM32单片机的强大处理能力，实现了高精度、快速响应的测距功能。
二、系统概述本系统主要由超声波发射模块、接收模块、STM32单片机以及相关电路组成。
通过STM32单片机控制超声波发射模块发射超声波，然后接收模块接收反射回来的超声波信号，根据超声波的传播时间和速度计算距离。
系统具有高精度、抗干扰能力强、测量范围广等特点。
三、硬件设计1. STM32单片机本系统采用STM32系列单片机作为主控制器，具有高性能、低功耗、丰富的外设接口等特点。
通过编程控制单片机的GPIO 口，实现超声波发射和接收的控制。
2. 超声波发射模块超声波发射模块采用40kHz的超声波传感器，具有体积小、功耗低、测距范围广等优点。
通过单片机控制发射模块的触发引脚，产生触发信号，使传感器发射超声波。
3. 超声波接收模块超声波接收模块同样采用40kHz的超声波传感器。
当传感器接收到反射回来的超声波信号时，会产生一个回响信号，该信号被接收模块的回响引脚捕获并传递给单片机。
4. 相关电路相关电路包括电源电路、滤波电路、电平转换电路等。
电源电路为系统提供稳定的电源；滤波电路用于去除干扰信号；电平转换电路用于匹配单片机与传感器之间的电平标准。
四、软件设计1. 主程序设计主程序采用C语言编写，通过STM32单片机的标准库函数实现各功能模块的初始化、参数设置以及控制逻辑。
主程序首先进行系统初始化，然后进入循环等待状态，等待触发信号的到来。
当接收到触发信号时，开始测距流程。
2. 测距流程设计测距流程主要包括发射超声波、等待回响信号、计算距离等步骤。
当接收到触发信号时，单片机控制超声波发射模块发射超声波；然后等待接收模块的回响信号。
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基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计1. 引言超声波测距技术是一种常用的非接触性测量技术，具有测量范围广、分辨率高等优点，广泛应用于工业自动化、无人驾驶、智能家居等领域。
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，以满足快速、准确、可靠的测距需求。
2. 系统设计2.1 硬件设计超声波测距系统主要由超声波发射器、接收器和信号处理模块组成。
其中，超声波发射器用于发射超声波信号，接收器用于接收反射回来的超声波信号，信号处理模块用于处理接收到的信号并计算出测距结果。
2.2 超声波发射器超声波发射器采用压电陶瓷传感器作为能量转换元件，通过驱动电路将驱动信号转化为超声波信号并发射出去。
为了实现高精度的测距，超声波发射器需要具备较高的频率响应和较窄的方向性。
2.3 超声波接收器超声波接收器采用同样的压电陶瓷传感器作为能量转换元件，利用其能够将接收到的超声波信号转化为电信号。
为了实现高灵敏度的接收，超声波接收器需要具备较高的响应灵敏度和较低的噪声。
2.4 信号处理模块信号处理模块采用STM32单片机作为核心处理器，通过多通道模数转换器（ADC）将接收到的电信号转化为数字信号。
然后，通过数字信号处理算法对信号进行滤波、增益控制和时域分析等操作。
最后，利用测量原理计算出测距结果，并将结果显示在液晶显示器上。
3. 系统工作原理3.1 发射信号超声波发射器以一定的频率发射超声波信号，信号经过传播并与目标物体相互作用后，被目标物体反射回来。
3.2 接收信号超声波接收器接收到反射回来的超声波信号，并将其转化为电信号。
信号经过放大、滤波等处理后，送入信号处理模块。
3.3 信号处理信号处理模块使用STM32单片机对接收到的信号进行处理。
首先，通过ADC转化为数字信号。
然后，进行信号滤波，去除噪声和回波干扰。
接着，采用增益控制技术，对信号进行放大或衰减，以适应不同距离的测量需求。
超声波测距系统设计
超声波测距系统设计一、设计原理超声波测距原理基于声波的传播速度和时间的关系。
声波在空气中传播的速度约为343m/s。
当声波发射到目标物体上后，部分声波会被目标物体反射回来。
通过测量声波从发射到接收的时间差，再乘以声速即可计算出目标物体与传感器的距离。
二、硬件设计1.超声波发射器：超声波发射器是实现超声波测距的关键部件，它负责产生超声波脉冲并将其发射出去。
常用的超声波发射器是压电传感器，它具有快速响应、高灵敏度等特点。
2.超声波接收器：超声波接收器用于接收从目标物体反射回来的超声波，并将其转化为电信号。
同样，压电传感器也可以用作超声波接收器。
3.控制电路：控制电路负责控制超声波发射器和接收器的工作。
例如，它可以通过控制超声波发射器的工作时间来产生超声波脉冲。
同时，控制电路还需要接收超声波接收器输出的电信号，并通过计时器来测量声波从发射到接收的时间差。
4.显示屏：显示屏用于显示测距结果，通过显示屏可以直观地观察到目标物体与传感器的距离。
三、软件设计1.信号处理：在接收到超声波接收器输出的电信号后，需要对信号进行处理。
通常情况下，控制电路会将接收到的信号由模拟信号转换为数字信号。
然后，可以使用特定的算法对数字信号进行处理，例如滤波、峰值检测等，以获取稳定的距离数据。
2.距离计算：根据声波从发射到接收的时间差和声速，可以计算出目标物体与传感器的距离。
计算公式为：距离=速度×时间差。
3.结果显示：最后，将计算得到的距离结果显示在屏幕上，用户可以直接观察到距离结果。
四、总结超声波测距系统是一种简单、实用的测距技术。
通过合理的硬件设计和严密的软件设计，可以实现可靠、准确的测距功能。
同时，超声波测距系统还具有成本低、测量范围广等优点，被广泛应用于自动控制、车辆定位和智能机器人等领域。
超声波测距系统毕业设计
超声波测距系统毕业设计超声波测距系统毕业设计随着科技的不断发展，超声波测距系统在工业控制、安防监控、智能交通等领域得到了广泛应用。
本文将介绍一个基于超声波原理的测距系统的毕业设计。
一、引言超声波测距系统是一种利用超声波传感器测量距离的技术。
它通过发射超声波信号并接收回波，根据声波的传播时间来计算出目标物体与传感器的距离。
超声波测距系统具有测量精度高、反应速度快、适用范围广等优点，因此在许多领域得到了广泛应用。
二、设计目标本毕业设计的目标是设计一个超声波测距系统，能够准确测量目标物体与传感器之间的距离，并能够实时显示测量结果。
三、系统硬件设计1. 超声波传感器选择在设计中，我们选择了一款性能稳定、测量范围广的超声波传感器。
该传感器具有高频率、高精度的特点，能够满足我们的测量需求。
2. 控制电路设计为了实现测距系统的功能，我们设计了一个控制电路。
该电路能够控制超声波传感器的发射和接收，并将接收到的信号进行处理。
通过微控制器的控制，我们能够实现对测距系统的操作和参数调节。
四、系统软件设计1. 数据处理算法在接收到超声波传感器的回波信号后，我们需要对信号进行处理，以得到准确的距离测量结果。
我们采用了一种基于时间差的测量方法，通过计算声波传播时间和声速，可以得到目标物体与传感器之间的距离。
2. 显示界面设计为了方便用户使用和观察测量结果，我们设计了一个显示界面。
该界面能够实时显示测量结果，并提供一些操作选项，如单位切换、历史数据查看等功能。
五、系统测试与优化在完成硬件和软件设计后，我们对系统进行了测试。
通过与实际测量结果进行对比，我们发现系统的测量精度较高，能够满足设计要求。
然而，在实际使用中，我们还发现了一些问题，如测量范围受限、环境干扰等。
为了解决这些问题，我们对系统进行了优化，如增加滤波器、改进算法等。
六、总结与展望通过本次毕业设计，我们成功设计并实现了一个基于超声波原理的测距系统。
该系统具有测量精度高、反应速度快等优点，能够满足实际应用需求。
高精度超声波测距设计
高精度超声波测距实施方案与分析引言声波测距作为一种典型的非接触测量方法，在很多场合，诸如工业自动控制，建筑工程测量和机器人视觉识别等方面得到广泛的应用。
和其他方法相比，如激光测距、微波测距等，由于声波在空气中传播速度远远小于光线和无线电波的传播速度，对于时间测量精度的要求远小于激光测距、微波测距等系统，因而超声波测距系统电路易实现、结构简单和造价低，且超声波在传播过程中不受烟雾、空气能见度等因素的影响，在各种场合均得到广泛应用。
然而超声波测距在实际应用也有很多局限性，这都影响了超声波测距的精度。
超声波在空气中衰减极大，由于测量距离的不同，造成回波信号的起伏，使回波到达时间的测量产生较大的误差；超声波脉冲回波在接收过程中被极大地展宽，影响了测距的分辨率，尤其是对近距离的测量造成较大的影响。
其他还有一些因素，诸如环境温度、风速等也会对测量造成一定的影响，这些因素都限制了超声波测距在一些对测量精度要求较高的场合的应用，如何解决这些问题，提高超声波测距的精度，具有较大的现实意义。
一、 超声波测距基本原理与误差分析从原理上讲，超声波测距有脉冲回波法、共振法和频差法。
其中脉冲回波法测距常用，其原理是超声波传感器发射超声波，在空气中传播至被测物，经反射后由超声传感器接收反射脉冲，测量超声脉冲从发射到接收的实践s t ，在已知超声波声速s c 的前提下，可计算被测物的距离S。
单片机根据脉冲发射时间和接收到回波的时间计算出时间差t ，即超声波在空气中传播的时间，并由式(1)：s s t C 21S (1) 计算出距离S ，式中参数s c 是超声波在空气中的传播速度，由于温度影响超声波在空气中的传播速度；超声波反射回波很难精确捕捉，致使超声波在空气中传播的实践很难精确测量。
这些因素使超声波测距的精度和范围受到影响。
本文从引起超声波测距误差的原因入手，分析了；①、温度对超声波声速的影响；②、回波检测对时间测量的影响；③、超声波传感器所加电压对测量精度和范围的影响；④、超声波传播过程中脉冲被展宽对接收精度的影响。
《2024年基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计》范文
《基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计》篇一一、引言随着科技的不断发展，测距技术在许多领域得到了广泛的应用。
为了满足高精度、高效率的测距需求，本文设计了一种基于STM32单片机的高精度超声波测距系统。
该系统利用超声波的传播特性，结合STM32单片机的强大处理能力，实现了高精度的测距功能。
二、系统设计概述本系统主要由超声波发射模块、接收模块、STM32单片机以及上位机组成。
其中，STM32单片机作为核心控制器，负责控制超声波的发射与接收，以及与上位机进行通信。
三、硬件设计1. 超声波发射模块：采用高精度的超声波传感器，通过STM32单片机的控制，实现超声波的发射。
发射模块包括超声波传感器、驱动电路和发射电路。
2. 超声波接收模块：接收反射回来的超声波信号，并将其转换为电信号。
接收模块包括超声波传感器、信号处理电路和模拟数字转换器（ADC）。
3. STM32单片机：作为系统的核心控制器，负责控制超声波的发射与接收，处理接收到的信号，以及与上位机进行通信。
4. 上位机：用于显示测距结果，以及进行参数设置和系统控制。
上位机可以采用PC机或移动设备。
四、软件设计1. 初始化：对STM32单片机进行初始化设置，包括时钟配置、GPIO口配置、ADC配置等。
2. 超声波发射控制：通过STM32单片机控制超声波发射模块，发出固定频率的超声波信号。
3. 信号处理：接收模块将接收到的超声波信号转换为电信号后，通过ADC转换为数字信号，然后进行滤波、放大等处理，以提高信号的信噪比。
4. 测距计算：根据超声波的传播速度和传播时间，计算测距结果。
将传播时间与声速相乘，即可得到距离值。
5. 通信协议：STM32单片机与上位机之间采用串口通信协议进行数据传输。
上位机发送控制指令，STM32单片机根据指令执行相应的操作，并将测距结果发送给上位机。
6. 界面显示：上位机将测距结果显示在界面上，方便用户查看。
五、系统性能分析本系统具有以下优点：1. 高精度：采用高精度的超声波传感器和先进的信号处理技术，实现了高精度的测距功能。
一种高精度超声波测距系统的设计
一种高精度超声波测距系统的设计张禾;李俊兰;葛亮;胡泽【摘要】Along with the thorough going research on control technology, the functional requirements of distance measurement are much higher. In order to implement real-time monitoring the measurement of the distance of the object, the high precision ultrasonic distance measuring system has been designed with the C8051F as the core. Considering the impact of temperature on the ultrasonic velocity, the system processes the sound velocity in accordance with the temperature changes, and makes correction on the final test results. In addition, the frequency of ultrasonic is adjusted automatically based on the distance. By using LabVIEW, the functions of real-time data display, data storage, alarm and printout, as well as the communication between MCU and host computer are implemented. The system features ease detection, real-time data acquisition and transmission, low cost and high accuracy.%随着控制技术研究的不断深入,人们对距离的测量要求越来越高.为了实现对测量对象距离的实时监测,设计了一种高精度超声波测距系统.该设计主要以C8051F为核心,通过温度变化对声速作相应的处理,对最终测试结果进行校正,并根据距离自动调整超声波频率.同时,通过LabVIEW,实现了数据实时显示、存储、报警和打印等功能,并完成了单片机系统与计算机之间的通信.该系统具有检测方便、实时数据采集传输、费用低廉和测量精度高等优点.【期刊名称】《自动化仪表》【年(卷),期】2012(033)002【总页数】3页(P62-64)【关键词】测距;超声波;单片机;LabVIEW;高精度【作者】张禾;李俊兰;葛亮;胡泽【作者单位】西南石油大学电气信息学院,四川成都610500;中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司,四川成都610041;西南石油大学电气信息学院,四川成都610500;西南石油大学电气信息学院,四川成都610500【正文语种】中文【中图分类】TP230 引言超声波在传输过程中具有不易受干扰、能量消耗缓慢、在介质中传播的距离较远等优点，因而超声波经常用于距离的测量［1］。
高精度超声波测量距离系统的设计与实现
高精度超声波测量距离系统的设计与实现
引言
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。
超声波测距的基本原理
超声波发生器在某一时刻发出超声波信号，遇到被测物体后反射回来，被超声波接收器接收到。
只要计算出超声波信号从发射到接收到回波信号的时间，知道在介质中的传播速度，就可以计算出距被测物体的距离：
d=s/2=(vt)/2 （1）
其中d 为被测物到测距仪之间的距离，s 为超声波往返通过的路程，v 为超声波在介质中的传播速度，t 为超声波从发射到接收所用的时间。
为了提高
精度，需要考虑不同温度下超声波在空气中传播速度随温度变化的关系：v=331.4+0.61T （2）
式中，T 为实际温度(℃)，v 的单位为m/s。
压电式超声波传感器的原理
目前，超声波传感器大致可以分为两类：一类是用电气方式产生的超声波，一类是用机械方式产生的超声波。
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。
在工程中，目前较为常。
超声波测距系统的设计
超声波测距系统的设计引言：超声波测距系统是一种常见的距离测量技术，利用超声波在空气中传播时的特性进行测量。
相对于光学传感器，超声波测距系统具有较低的成本、较小的体积和更大的测量范围。
因此，在工业自动化、机器人导航和智能设备等领域具有广阔的应用前景。
本文将介绍超声波测距系统的设计原理、硬件配置和软件实现，以及一些常见的应用案例。
一、设计原理：超声波测距系统的设计基于声音在空气中的传播速度，即声速。
根据超声波经过物体并反射回来所花费的时间，可以计算出物体与传感器之间的距离。
一般来说，超声波传感器由发射器和接收器组成。
发射器发出超声波脉冲，然后接收器接收到反射回来的超声波信号。
通过计算发射和接收的时间差，可以得到物体与传感器的距离。
由于超声波的传播速度与环境条件有关，如温度、湿度等，所以在进行距离计算时需要进行修正。
二、硬件配置：选择合适的超声波传感器是设计中的第一步。
一般来说，超声波传感器的频率越高，测量精度越高，但测量距离也越短。
因此，在选择传感器时需要根据具体应用需求进行权衡。
另外，传感器的外观尺寸和接口类型也需要考虑，以便与其他硬件设备进行连接。
控制电路主要由单片机和时钟模块组成。
单片机负责接收超声波信号，并通过定时器记录接收到信号的时间点。
时钟模块用于计时，以确定超声波传播的时间差。
显示电路可以选择LCD显示屏或数码管等设备。
显示电路的设计取决于测量结果的格式和精度要求。
一般来说，LCD显示屏具有更好的显示效果，但成本较高，而数码管则相对便宜但显示效果较差。
根据具体应用需求选择合适的显示电路。
三、软件实现：距离计算部分根据接收到信号的时间差和声速进行计算。
由于超声波的传播速度与环境条件有关，所以需要根据实际环境和传感器的特性进行修正。
通常可以通过校准来确定修正系数，并将其应用于距离计算公式中。
除了基本的测距功能，超声波测距系统还可以提供其他功能，如障碍物检测、移动物体跟踪等。
这些功能的实现主要依靠信号处理和算法设计。
高精度超声波智能测距仪的设计与实现
高精度超声波智能测距仪的设计与实现高精度超声波智能测距仪的设计与实现超声波是频率高于20KHZ的声波，它指向性强，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。
利用超声波检测迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，在使用中不受光线、粉尘、电磁波等因素影响，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、避障、车辆的定位与导航、液位测量等领域应用广泛。
1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。
已知超声波在空气中的传播速度为c，根据计时器记录的发射和接收的时间差t，就可以计算出发射点距障碍物的距离s，即：s=c t/2。
2误差分析根据超声波测距原理s=c t/2，可知影响测量距离准确性的因素有两个：传播速度c和时间差t。
所以尽可能地消除这两个因素的影响就可以提高测量的精度。
超声波传播速度在固体中最快，在气体中最慢。
超声波在空气中传输速度和温度有关，温度越高传输速度越快。
如果环境温度变化明显，必须考虑温度补偿问题。
空气中超声波传输速度和温度关系表示为：c=331.45＋0.607T(m/s) 式中T为环境温度，℃。
常温下超声波传播速度是340m/s,由于反射式测量有两倍的测量路程，则被测距离和测量时间的关系为d=340/2 t，即计时1us 对应被测距离为0.17mm。
所以采用计时器的计数频率为1MHZ 时，对应的测距最小分辨率为0.17mm。
这种分辨率已满足绝大多数工业测量的要求。
3系统硬件设计 图1系统硬件框图 3.1超声波发射电路图2超声波发射电路图3.2超声波接收电路超声波接收电路负责接收超声波信号.并将超声波信号转换成单片机能识别的电信号。
超声波换能器在接收到超声波信号时，由于压电效应会在两个接头上产生微弱的电压信号。
利用这一性质，设计前置放大电路，带通滤波、自动增益控制电路和整形电路，将模拟信号转变成为数字信号。
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高精度超声波测距系统设计
引言
利用超声波测量距离的原理可简单描述为：超声波定期发送超声波，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，这样测距技术只要测出发送和接收的时间差，然后按照下式计算，即可求出距离：
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，广泛应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量。
目前的测距量程上能达到百米数量级，测量的精度往往能达到厘米数量级。
本文在分析现有超声波测距技术基础之上，给出了一种改进方案，测量精度可达毫米级。
2 系统方案分析与论证
2.1 影响精度的因素分析
根据超声波测距式(1)可知测距的误差主要是由超声波的传播速度误差和测量距离传播的时间误差引起的。
对于时间误差主要由发送计时点和接收计时点准确性确定，为了能够提高计时点选择的准确性，本文提出了对发射信号和加收信号通过校正的方式来实现准确计时。
此外，当要求测距误差小于1 mm时，假定超声波速度C=344 m／s(20℃室温)，忽略声速的传播误差。
则测距误差s△t<0.000 002 907 s，即2.907 ms。
根据以上过计算可知，在超声波的传播速度是准确的前提下，测量距离的传播时间差值精度只要在达到微秒级，就能保证测距误差小于1 mm的误差。
使用的12 MHz晶体作时钟基准的89C51单片机定时器能方便的计数到1μs的精度，因此系统采用AT89S51的定一时器能保证时间误差在1 mm的测量范围内。
超声波的传播速度主要受空气密度所的影响，空气的密度越高则超声波的传播速度就越快，而空气的密度又与温度有着密切的关系。
温度与超声波的速度之间的近似公式为：
式中：C0为零度时的声波速度332 m／s；T为实际温度(℃)。
由此可见，测量精度与温度有着直接的关系，本文采用DS18B20温度传感器，对外界温度进行测量，并在软件中实现温度补偿。
2.2 整体方案设计
本文主要采用单片机控制技术，实现精确的超声波测距方案，整个系统由超声波收发单元、波形校准单元、温度测量单元、显示单元和控制单元5个单元组成。
其中，超声波收发单元主要实现超声波的接发送和接收；信号处理单元主要实现去除干扰、波形整形、锁相环等功能，便于实现准确计时；温度测量单元主要测量外界温度，实现温度补偿；显示单元实现测量数据的显示；单片机为控制单元，完成指令发送，接收数据，进行计算等任务。
3 系统硬件设计
3.1 超声波发射部分
本文中脉冲发射采用软件方式，利用AT89S51的P1.0口发射40 kHz的方波信号，经过74HC04放大后输出到超声波换能器，产生超声波。
74HC04是一个高速CMOS六反相器，具有放大作用，具有对称的传输延迟和转换时间，而相对于LSTTL逻辑IC，它的功耗减少很多。
对于HC类型，其工作电压为2～6 V，它具有高抗扰度，可以兼容直接输入LSTTL逻辑信号和CMOS逻辑输入等特点。
本系统将40 kHz方波信号分成两路，分别由74HC04经两次和一次反向放大，从而构成推拉式反向放大。
电路图如图2所示。
3.2 超声波接收部分
超声波接收部分采用集成芯片CX20106A，这是一款红外线检波接收的专用芯片。
内部电路由前置放大器、自动偏置电平控制电路、限幅放大器、带通滤波器、峰值检波器和整形输出电路组成。
可以利用它作为超声波检测电路。
接收的回波信号先经过前置放大器和限幅放大器，将信号调整到合适的幅值；再经过带通滤波器滤波得到有用信号，滤除干扰信号；最后由峰值检波器和整形电路输出到锁相环路，实现准确的计时。
CX20106A的外部接线图如图3所示。
图3中1脚是接收信号输入端，2脚是调节接收信号灵敏度，电阻越小，灵敏度越高。
电容越大，灵敏度越高。
电容一般取1μF，电阻50～300 Ω的，在干扰较大的场合增加电阻阻值可将灵敏度调低，干扰小的场合减小阻值将灵敏度调高。
5脚主要用来调节中心频率，这里取200 kΩ，7脚接上拉电阻，这里取1 kΩ左右。
3.3 显示部分
显示部分采用共阴极数码管，由单片机实现控制，单片机的P0口输出段码，P2口用作位码，用PNP型三极管驱动(本设计采用9018)，由于单片机I／O口的驱动能力非常小，P0口需外接上拉电阻来增加驱动能力，应用时要注意，在低电平时，可能由于电流直接经电阻流进I／O的灌流太大而烧毁单片机，所以提升电阻一般取600～1 000 Ω。
实验证明，数码管亮度合适。
其原理图如图4所示。
3.4 温度测量部分
DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。
因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，将其数据线与单片机的P1. 3相连，就可以实现温度测量。
测量的温度精度可以达到0.1℃，测量的温度的范围在-20～+100℃。
电路如图5所示。
4 系统软件设计
测距系统软件采用汇编语言，由发射脉冲子程序、用中断实现回波接收子程序、计算距离子程序、数码管显示子程序和计时单元延时子程序几部分组成，采用模块化编程。
其软件流程图如图6所示。
程序首先初始化需要用到的寄存器，内存单元，设置中断触发方式，并初始化DS18B 20，然后控制P1.0口输出12μs的高电平，再输出13μs的低电平，循环10次便可发射1 0个频率为40 kHz的脉冲信号。
经过一段延时后，CPU开放中断，开始计数，将计数器初值设为延时所经过的距离，计数器每过一个计时单元加一。
中断产生，停止计数，最后将计数器中的值数据处理后显示到数码管上。
如果计数器中的值小于预定值就由软件产生一定频率的信号到蜂鸣器报警，并启动报警灯。
当需要所存数据时，由外部中断判断键盘是否按下，通过不断显示上次测量数据来锁定数据。
当检测到键盘再一次按下时，按取消锁存，并继续测量距离。
5 结语
应用本系统3 mm～20 m内的目标做了多次测量，测量结果为，其最大误差为1.5 m m，且重复性好。
可见基于单片机设计的超声波测距系统具有硬件结构简单、工作可靠、测量误差小等特点。
因此，它可用于许多对测量要求精度高，测量范围适当的设备和各种检测系统中。