基于stm32的超声波测距系统
基于单片机超声波测距系统的设计和实现
基于单片机超声波测距系统的设计和实现超声波测距系统是利用超声波传播速度较快的特性，通过发射超声波并接收其回波来测量距离的一种常见的测距方式。
在本文中，我们将介绍基于单片机的超声波测距系统的设计和实现。
一、系统设计原理超声波测距系统主要由超声波发射器、超声波接收器、单片机和显示器组成。
其工作原理如下：1.发送超声波信号：超声波发射器通过单片机控制，向外发射超声波信号。
超声波的发射频率通常在40kHz左右，适合在空气中传播。
2.接收回波信号：超声波接收器接收到回波信号后，将信号经过放大和滤波处理后送入单片机。
3.距离计算：单片机通过测量超声波发射和接收的时间差来计算距离。
以声速343m/s为例，超声波的往返时间与距离之间的关系为：距离=时间差×声速/2、通过单片机上的计时器和计数器来测量时间差。
4.数据显示：单片机将计算得到的距离数据通过显示器显示出来，实时展示被测物体与超声波传感器之间的距离。
二、系统设计步骤1.系统硬件设计：选择合适的超声波模块，其具有超声波发射器和接收器功能，并可通过接口与单片机连接。
设计好电源电路以及超声波传感器与单片机之间的连接方式。
2.系统软件设计：根据单片机的型号和编程语言，编写相应的程序。
包括超声波信号的发射和接收控制，计时和计数功能的编程，距离计算和数据显示的实现。
3.硬件连接和调试：将硬件连接好后，对系统进行调试。
包括超声波模块与单片机的连接是否正确，超声波信号的发射和接收是否正常，计时和计数功能是否准确等。
5.优化和改进：根据实际测试结果，对系统进行优化和改进。
如增加滤波和放大电路以提高信号质量，调整超声波模块的发射频率，改进显示方式等。
三、系统实现效果完成以上设计和实施后，我们可以得到一个基于单片机的超声波测距系统。
该系统使用简单，测距精度高，响应速度快，适用于各种距离测量的应用场景。
同时，该系统还可根据具体需求进行各种改进和扩展，如与其他传感器结合使用，增加报警功能等。
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【文章标题】基于STM32单片机的超声波测距仪设计报告【引言】超声波测距是一种常见且有效的测量方法，被广泛应用于工业控制、自动化、智能家居等领域。
本文将深入讨论基于STM32单片机的超声波测距仪的设计原理、硬件搭建和软件编程，并分享对该设计的观点和理解。
【简介】1. 超声波测距原理简介（可使用子标题，如1.1）- 超声波的特性与应用- 超声波传感器原理及工作方式2. 设计方案（可使用子标题，如2.1）- 系统框图：硬件模块与连接方式- 所需材料清单及器件参数选择【正文】1. 超声波传感器的选型与特性比较（可使用子标题，如1.1）1.1 超声波传感器的种类与特点1.2 STM32单片机与超声波传感器的配合选择理由与原则2. 硬件电路设计与搭建（可使用子标题，如2.1）2.1 超声波发射电路设计与实现2.2 超声波接收电路设计与实现2.3 STM32单片机与超声波传感器的连接方法及引脚映射3. 软件编程实现（可使用子标题，如3.1）3.1 STM32单片机开发环境配置与准备3.2 程序框架和流程设计3.3 超声波信号处理与距离计算算法【总结】1. 设计成果总结与优缺点评价- 设计成果与功能实现总结- 设计过程中的挑战与解决方案- 设计的优点与改进空间2. 对基于STM32单片机的超声波测距仪设计的观点和理解- 本设计在硬件搭建和软件编程方面充分利用了STM32单片机的性能与功能- 超声波测距仪在工业自动化和智能家居等领域具有广阔应用前景 - 未来可以进一步提升设计的灵活性和可扩展性【参考资料】- 张三: 《超声波测距原理与应用技术》，出版社，2018年- 李四: 《STM32单片机与嵌入式系统设计》，出版社，2019年以上是本文基于STM32单片机的超声波测距仪设计报告，对这个主题的观点和理解。
希望这篇文章内容全面、深入，并能帮助您对超声波测距仪设计有更深刻的理解。
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。
超声波雷达测距实训报告
一、实训目的本次实训旨在通过实际操作，了解超声波雷达测距的原理和实现方法，掌握超声波传感器的基本使用技巧，并学会利用STM32单片机进行数据处理和显示，从而完成一个简单的超声波雷达测距系统。
二、实训器材1. STM32F103单片机开发板2. HC-SR04超声波传感器模块3. OLED显示屏4. 连接线5. 电源三、实训原理超声波雷达测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度来测量距离。
当超声波传感器发射超声波时，它会遇到障碍物后反射回来，通过测量超声波从发射到接收的时间差，可以计算出障碍物与传感器之间的距离。
四、实训步骤1. 硬件连接：- 将HC-SR04超声波传感器模块的两个引脚分别连接到STM32单片机的GPIO引脚。
- 将OLED显示屏的相应引脚连接到STM32单片机的SPI或I2C接口。
- 将电源连接到STM32单片机和超声波传感器模块。
2. 软件设计：- 编写STM32单片机的初始化程序，配置GPIO引脚、SPI/I2C接口等。
- 编写超声波传感器的控制程序，用于控制超声波传感器的发射和接收。
- 编写数据处理程序，用于计算超声波从发射到接收的时间差，从而得到距离值。
- 编写OLED显示屏的显示程序，用于显示距离值。
3. 程序实现：- 使用STM32 HAL库函数或直接操作寄存器来实现程序。
- 通过定时器中断来实现超声波传感器的时序控制。
- 使用查表法或直接计算法来实现距离值的转换。
4. 系统测试：- 将系统放置在测试环境中，调整测试距离，观察OLED显示屏上显示的距离值是否准确。
- 分析测试结果，找出系统误差的来源，并进行优化。
五、实训结果与分析1. 测试结果：- 在不同的测试距离下，OLED显示屏上显示的距离值与实际距离基本相符，说明系统具有较高的测量精度。
2. 误差分析：- 超声波在空气中的传播速度受温度、湿度等因素的影响，导致测距误差。
- 超声波传感器的响应时间存在一定的延迟，也会导致测距误差。
基于单片机控制的超声波测距系统的设计
基于单片机控制的超声波测距系统的设计一、概述。
超声波测距技术是一种广泛应用的测距技术，它能够非常精确地测量物体到传感器的距离。
本文介绍的基于单片机控制的超声波测距系统主要由控制模块、信号处理模块和驱动模块三部分组成。
其中，控制模块主要实现超声波信号的发射与接收，信号处理模块主要实现对测量结果的处理和计算，驱动模块主要实现对LED灯的控制。
二、硬件设计。
1.超声波发射模块：采用 SR04 超声波发射传感器，并通过单片机的PWM 输出控制 SR04 的 trig 引脚实现超声波信号的发射。
2.超声波接收模块：采用SR04超声波接收传感器，通过单片机的外部中断实现对超声波信号的接收。
3.控制模块：采用STM32F103单片机，通过PWM输出控制超声波发射信号，并通过外部中断接收超声波接收信号。
4.信号处理模块：采用MAX232接口芯片，将单片机的串口输出转换成RS232信号，通过串口与上位机进行通信实现测量结果的处理和计算。
5.驱动模块：采用LED灯，通过单片机的GPIO输出控制LED灯的亮灭。
三、软件设计。
1.控制模块：编写程序实现超声波信号的发射与接收。
其中，超声波发射信号的周期为 10us，超声波接收信号的周期为 25ms。
超声波接收信号的处理过程如下：（1）当 trig 引脚置高时，等待 10us。
（2）当 trig 引脚置低时，等待 echo 引脚为高电平，即等待超声波信号的回波。
（3）当 echo 引脚为高电平时，开始计时，直到 echo 引脚为低电平时，停止计时。
（4）根据计时结果计算物体到传感器的距离，将结果通过串口输出。
2.信号处理模块：编写程序实现接收计算结果，并将结果通过串口与上位机进行通信。
具体步骤如下：（1）等待串口接收数据。
（2）当接收到数据时，将数据转换成浮点数格式。
（3）根据测量结果控制LED灯的亮灭。
以上就是基于单片机控制的超声波测距系统的设计。
该系统能够通过精确测量物体到传感器的距离并对测量结果进行处理和计算，能够广泛应用于各种实际场合。
基于STM32的HC-SR04超声波测距模块实验
基于STM32的HC-SR04超声波测距模块实验硬件环境STM32F407探索板（其他开发板皆可以）HC-SR04超声波模块软件环境KEIL5CUBEMX串口调试助手（sscom或其他）实验目标•了解HC-SR04超声波模块工作原理•实现超声波模块测距1、超声波模块介绍1.1 超声波测距原理及系统组成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:D = ct/2,图2是相应的系统框图。
基本原理：经发射器发射出长约 6mm，频率为 40KHZ 的超声波信号。
此信号被物体反射回来由接收头接收，接收头实质上是一种压电效应的换能器。
它接收到信号后产生 mV 级的微弱电压信号。
1.2 HC-SR04模块原理HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm，模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。
基本工作原理：(1)采用IO 口TRIG 触发测距，给最少10us 的高电平信呈。
(2)模块自动发送 8 个 40khz 的方波，自动检测是否有信号返回；(3)有信号返回，通过 IO 口 ECHO 输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。
测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2，下面是实物图。
如上图接线，VCC供5V电源，GND为地线，TRIG触发控制信号输入，ECHO 回响信号输出等四个接口端。
1.3 超声波时序图以上时序图表明你只需要提供一个10uS以上脉冲触发信号，该模块内部将发出8个40kHz周期电平并检测回波。
一旦检测到有回波信号则输出回响信号。
回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比。
由此通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距离。
公式：uS/58=厘米或者uS/148=英寸；或是：距离=高电平时间*声速（340M/S）/2；建议测量周期为60ms以上，以防止发射信号对回响信号的影响。
stm32与HC-SR04超声波传感器测距
stm32与HC-SR04超声波传感器测距⾸先，先来看⼀下这个模块的基本功能和原理。
HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400cm的⾮接触式距离感测功能，测距精度可达⾼到3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。
像智能⼩车的测距以及转向，或是⼀些项⽬中，常常会⽤到。
智能⼩车测距可以及时发现前⽅的障碍物，使智能⼩车可以及时转向，避开障碍物。
注意是5v输⼊，但是我⽤stm32 的3.3v输⼊也是没有问题的。
⼆.⼯作原理1．给超声波模块接⼊电源和地。
2.给脉冲触发引脚（trig）输⼊⼀个长为20us的⾼电平⽅波3.输⼊⽅波后，模块会⾃动发射8个40KHz的声波，与此同时回波引脚（echo）端的电平会由0变为1；（此时应该启动定时器计时）4.当超声波返回被模块接收到时，回波引脚端的电平会由1变为0；（此时应该停⽌定时器计数），定时器记下的这个时间即为超声波由发射到返回的总时长。
5.根据声⾳在空⽓中的速度为344⽶/秒，即可计算出所测的距离。
要学习和应⽤传感器，学会看懂传感器的时序图是很关键的，所以我们来看⼀下HC-SR04的时序触发图。
我们来分析⼀下这个时序图，先由触发信号启动HC-RS04测距模块，也就是说，主机要先发送⾄少10us的⾼电平，触发HC-RS04,模块内部发出信号是传感器⾃动回应的，我们不⽤去管它。
输出回响信号是我们需要关注的。
信号输出的⾼电平就是超声波发出到重新返回接收所⽤的时间。
⽤定时器，可以把这段时间记录下来，算出距离，别忘了结果要除于2，因为总时间是发送和接收的时间总和。
下⾯是亲测可⽤的驱动程序。
芯⽚型号为stm32f103zet6，超声波测距后通过串⼝打印到电脑上⾯。
驱动和测距；//超声波测距#include "hcsr04.h"#define HCSR04_PORT GPIOB#define HCSR04_CLK RCC_APB2Periph_GPIOB#define HCSR04_TRIG GPIO_Pin_5#define HCSR04_ECHO GPIO_Pin_6#define TRIG_Send PBout(5)#define ECHO_Reci PBin(6)u16 msHcCount = 0;//ms计数void Hcsr04Init(){TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; //⽣成⽤于定时器设置的结构体GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(HCSR04_CLK, ENABLE);//IO初始化GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =HCSR04_TRIG; //发送电平引脚GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;//推挽输出GPIO_Init(HCSR04_PORT, &GPIO_InitStructure);GPIO_ResetBits(HCSR04_PORT,HCSR04_TRIG);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = HCSR04_ECHO; //返回电平引脚GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输⼊GPIO_Init(HCSR04_PORT, &GPIO_InitStructure);GPIO_ResetBits(HCSR04_PORT,HCSR04_ECHO);//定时器初始化使⽤基本定时器TIM6RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM6, ENABLE); //使能对应RCC时钟//配置定时器基础结构体TIM_DeInit(TIM2);TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = (1000-1); //设置在下⼀个更新事件装⼊活动的⾃动重装载寄存器周期的值计数到1000为1msTIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =(72-1); //设置⽤来作为TIMx时钟频率除数的预分频值 1M的计数频率 1US计数TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;//不分频TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数模式TIM_TimeBaseInit(TIM6, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位TIM_ClearFlag(TIM6, TIM_FLAG_Update); //清除更新中断，免得⼀打开中断⽴即产⽣中断 TIM_ITConfig(TIM6,TIM_IT_Update,ENABLE); //打开定时器更新中断hcsr04_NVIC();TIM_Cmd(TIM6,DISABLE);}//tips：static函数的作⽤域仅限于定义它的源⽂件内，所以不需要在头⽂件⾥声明static void OpenTimerForHc() //打开定时器{TIM_SetCounter(TIM6,0);//清除计数msHcCount = 0;TIM_Cmd(TIM6, ENABLE); //使能TIMx外设}static void CloseTimerForHc() //关闭定时器{TIM_Cmd(TIM6, DISABLE); //使能TIMx外设}//NVIC配置void hcsr04_NVIC(){NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM6_IRQn; //选择串⼝1中断NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; //抢占式中断优先级设置为1 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; //响应式中断优先级设置为1 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能中断NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);}//定时器6中断服务程序void TIM6_IRQHandler(void) //TIM3中断{if (TIM_GetITStatus(TIM6, TIM_IT_Update) != RESET) //检查TIM3更新中断发⽣与否{TIM_ClearITPendingBit(TIM6, TIM_IT_Update ); //清除TIMx更新中断标志msHcCount++;}}//获取定时器时间u32 GetEchoTimer(void){u32 t = 0;t = msHcCount*1000;//得到MSt += TIM_GetCounter(TIM6);//得到USTIM6->CNT = 0; //将TIM2计数寄存器的计数值清零Delay_Ms(50);return t;}//⼀次获取超声波测距数据两次测距之间需要相隔⼀段时间，隔断回响信号//为了消除余震的影响，取五次数据的平均值进⾏加权滤波。
基于STM32的红外测距系统设计
基于STM32的红外测距系统设计摘要随着现代科学技术的发展，出现了很多新的领域，为了实现对物体近距离、高精度的无线测量，本论文对红外测距领域进行了研究。
本论文采用单片机作为处理器,编写A/D转换程序及LCD显示程序,红外传感器作为工作模块，完成一套高精度显示、实时测量的红外测距系统。
本系统结构简单、体积小、测量精度高、成本低、方便使用.本论文所介绍的是一种基于STM32单片机并运用日本夏普公司型号为GP2Y0A21的红外传感器所设计的红外测距系统。
首先,介绍红外线及红外传感器的分类及应用、STM32单片机的简介与功能；其次,阐述红外测距系统工作原理及基本结构并对单片机、红外传感器、LCD液晶显示屏的工作电路做了介绍；再次，对系统进行了整体设计构想，先后对系统硬件及软件进行设计，并对整个系统的功能进行了调试。
最后对整个设计进行总结，说明红外测距系统实现的可行性。
关键词红外测距；单片机；A/D转换；LCDSTM32—based infrared ranging system designAbstractWith the development of modern science and technology， there are many new areas，in order to achieve the object close range, high—precision wireless measurement，this topic of infrared ranging is studied. This topic using SCM as the processor, to write A/D converter and LCD display program, an infrared sensor as a working module，complete set of precision display, real—time measurement of infrared ranging system. This system has the advantages of simple structure，small size and high accuracy， low cost and convenient use.This paper introduced is based STM32 microcontroller and use of Japan’s Sharp Corporation model GP2Y0A21 infrared sensor designed infrared ranging system。
基于STM32的超声波测距仪
基于STM32的超声波测距仪超声波是一种在许多领域都得到广泛应用的技术，其中之一就是测距。
基于STM32的超声波测距仪利用超声波技术，能够准确测量目标物体和测距设备之间的距离。
本文将介绍超声波测距的原理及其在STM32微控制器上的实现。
一、测距原理超声波测距利用超声波在空气中传播的特性进行测量。
它基于声波在不同介质中传播速度不同的原理，通过发射一束超声波并接收其反射回来的信号，计算出目标物体和测距设备之间的距离。
在超声波测距仪中，超声波传感器是实现测距的核心部件。
传感器发射一个短脉冲的超声波信号，并立即启动接收模式以接收反射回来的信号。
通过测量发射和接收之间的时间差，并乘以声速，即可得到目标物体和测距设备之间的距离。
二、STM32微控制器的应用STM32是一款常用于嵌入式系统开发的微控制器芯片，它具有出色的性能和强大的功能。
在超声波测距仪中，STM32可以作为核心控制单元，负责数据处理、信号生成和测距结果的显示。
1. 硬件设计超声波测距仪的硬件设计包括传感器模块、信号处理电路和显示模块。
其中，传感器模块负责发射和接收超声波信号，信号处理电路负责处理传感器输出的模拟信号，而显示模块则用于显示测距结果。
在STM32微控制器上，可以使用GPIO（通用输入输出）引脚来控制传感器模块的触发和接收功能。
利用定时器模块生成精确的时间延迟，并通过外部中断引脚来触发接收模式。
同时，可以利用ADC（模数转换器）模块将传感器输出的模拟信号转换为数字信号，并通过显示模块显示测距结果。
2. 软件实现在STM32的软件实现中，需要利用定时器和外部中断功能来控制超声波的发射和接收。
通过编写相应的中断服务函数，可以实现在接收到超声波反射信号时，获取时间戳并进行距离计算。
此外，还可以利用STM32的串口模块将测距结果发送给上位机或其他外部设备进行进一步处理。
通过串口通信，可以实现实时测距数据的传输和远程控制功能。
三、优化和应用基于STM32的超声波测距仪可以通过一些优化来提高测距的精确度和可靠性。
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。
《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的超声波测距系统
基于stm32的超声波测距系统相比于传统的单片机，STM32单片机具有更高的时间测量分辨率，其主频与定时器频率高达72MHz，且该单片机在开启定时器的同时，会启动PWM通道驱动超声波发射器和通道捕捉回波信号，提高了测量的精度和准确性。
超声波测距是一种典型的非接触测量方式，在不同的传播介质中具有不同的传播速度其系统结构简单、成本低。
只有了解超声波测距的原理、了解STM32单片机才能设计出性能良好的STM32单片机的高精度超声波测距系统。
超声波测距的原理及检测方法超声波检测技术是基于非接触测量方式而逐渐发展起来的一门技术，这种非接触测量方式会经常出现在材料学、电子科学、测量学等学科当中。
超声波的产生是通过机械振动而得到，其传播速庶会随着传播介质的变化而变化。
超声波测距的实现主要是通过超声波的产生、传播与接收回波这三个主要过程。
目前，声波幅值检测法、渡越时间检测法和相位检测法是超声波测距的三种主要检测方法。
声波幅值检测法，容易受到传播介质的干扰，所以其测量精度较差。
渡越时间检测法，与其他两种检测方法相比，成本较低，测量范围较广，且实现简单，因此本文高精度超声波测距系统的设计决定采用渡越时间检测法。
相位检测法，在实际测量过程中，其测量精度要高于其他两种检测方法，但测量范围具有一定的局限性田。
STM32单片机的高精度超声波测距系统设计一、系统组成STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计主要由STM32 单片机、超声波发射电路、接受电路、补偿电路和软件等构成。
该系统将STM32单片机作为整个系统的核心，通过协调各部分电路工作，进而实现高精度的超声波测距口。
二、系统硬件设计1.超声波发射电路超声波发射电路两个最主要的组成部分就是超声波探头和超声波激励电路。
超声波探头不仅是超声波发射电路的一个重要组成部分，更是整个超声波测距系统的重要组成部分。
它是超声波测距系统中用以发射或接受超声波信号的主要器件。
超声波激励电路的基本工作原理是首先利用相应的机理信号对一特定形式的电压进行处理之后，将其加载到超声波探头上，然后再通过超声波探头压电晶片将其自身所具有的电能转化为超声波信号图。
毕业设计开题报告—超声波测距
毕业设计(论文)开题报告学生：学号：所在学院：专业：通信工程设计(论文)题目：基于STM32的超声波测距仪指导教师：2014年2月25日开题报告填写要求1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。
此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2．开题报告容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）；4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。
如“2004年4月26日”或“2004-04-26”。
毕业设计（论文）开题报告1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文献综述一、课题研究背景、目的和意义传感器技术是现代信息技术的主要容之一，信息技术主要包括计算机技术、通信技术和传感器技术，计算机技术相当于人的大脑，通信相当于人的神经，而传感器就相当于人的感官。
比如温度传感器、光电传感器、湿度传感器、超声波传感器、红外线传感器、压力传感器等等，其中超声波传感器在测量方面有着广泛、普遍的应用。
利用单片机控制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，并且测量精度较高。
超声波测距是一种典型的非接触测量方式。
超声波在气体、液体及固体中以不同速度传播，定向性好、能量集中、传输过程中衰减较小、反射能力较强。
且超声波测距系统结构简单、电路易实现、成本低、速度快，所以在工业自动控制、建筑工程测量和机器人视觉识别等领域应用非常广泛。
基于stm32f407用hal库写超声波模块代码
一、介绍STM32F407是意法半导体公司生产的一款32位微控制器，拥有丰富的外设资源和强大的性能，适合用于各种嵌入式系统的开发。
而超声波模块是一种常用的传感器模块，通过发射超声波并接收超声波的回波来测量距离。
本文将基于STM32F407微控制器，使用HAL库编写超声波模块的代码。
二、硬件连接1. 将超声波模块的Trig引脚连接到STM32F407的任意GPIO引脚，作为超声波模块的触发引脚；2. 将超声波模块的Echo引脚连接到STM32F407的任意GPIO引脚，作为超声波模块的回波引脚；3. 将超声波模块的VCC引脚连接到STM32F407的3.3V电源引脚；4. 将超声波模块的GND引脚连接到STM32F407的地引脚。
三、代码编写1. 创建工程在集成开发环境中创建一个新的STM32CubeMX工程，选择STM32F407芯片，配置好时钟、引脚等基本设置，然后生成代码。
2. 配置超声波模块的GPIO引脚在生成的代码中，找到对应的GPIO初始化函数，将Trig引脚配置为输出模式，将Echo引脚配置为输入模式。
3. 编写超声波发送函数```cvoid HAL_Ultrasonic_Trigger(void){HAL_GPIO_WritePin(TRIG_GPIO_Port, TRIG_Pin,GPIO_PIN_SET);HAL_Delay(10);HAL_GPIO_WritePin(TRIG_GPIO_Port, TRIG_Pin,GPIO_PIN_RESET);}```4. 编写超声波接收函数```cuint32_t HAL_Ultrasonic_Receive(void){uint32_t start, end;while (!HAL_GPIO_ReadPin(ECHO_GPIO_Port, ECHO_Pin)); //等待回波引脚为高电平start = HAL_GetTick();while (HAL_GPIO_ReadPin(ECHO_GPIO_Port, ECHO_Pin)); //等待回波引脚为低电平end = HAL_GetTick();return (end - start) * 0.017; //根据声速计算距离}```四、代码调用在主函数中，可以通过调用以上编写的超声波发送函数和接收函数来实现对超声波模块的控制和距离测量。
基于stm32F407的超声波测距程序及注意事项（HC-SR04）
基于stm32F407的超声波测距程序及注意事项（HC-SR04）⽹上的资料太杂太乱，调这个东西的时候⾛了不少弯路，现在分享出来，亲测管⽤!基本⼯作原理：(1)采⽤IO⼝TRIG触发测距，给⾄少10us的⾼电平信号;(2)模块⾃动发送8个40khz的⽅波，⾃动检测是否有信号返回；(3)有信号返回，通过IO⼝ECHO输出⼀个⾼电平，⾼电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。
测试距离=(⾼电平时间声速(340M/S))/2;（4）本模块使⽤⽅法简单,⼀个控制⼝发⼀个10US以上的⾼电平,就可以在接收⼝等待⾼电平输出.⼀有输出就可以开定时器计时,当此⼝变为低电平时就可以读定时器的值,此时就为此次测距的时间,⽅可算出距离.如此不断的周期测,即可以达到你移动测量的值*5、 操作：初始化时将trig和echo端⼝都置低，⾸先向给 trig 发送⾄少10 us的⾼电平脉冲（模块⾃动向外发送8个40K的⽅波），然后等待，捕捉 echo 端输出上升沿，捕捉到上升沿的同时，打开定时器开始计时，再次等待捕捉echo的下降沿，当捕捉到下降沿，读出计时器的时间，这就是超声波在空⽓中运⾏的时间，按照 测试距离=(⾼电平时间声速(340M/S))/2 就可以算出超声波到障碍物的距离。
程序：超声波端⼝初始化：GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOG, ENABLE);//使能GPIO时钟//trigGPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 ;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//普通输出模式GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHzGPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStructure);////echoGPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;//输⼊GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHzGPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStructure);//¯定时器初始化：TIM4_Int_Init(250-1,8400-1);//定时器时钟84M，分频系数8400，所以84M/8400=10KHZ的技术频率，记⼀次数0.1ms，计数250次为25ms。
基于单片机的超声波测距系统设计
基于单片机的超声波测距系统设计超声波测距系统在物联网和机器人等领域有着广泛的应用。
超声波作为一种非接触的测量方式，可以有效地避免物体表面的污染，适用于各种环境下的距离测量。
本文将介绍基于单片机的超声波测距系统的设计方法。
超声波测距的原理超声波测距是基于声波传播时间的测量。
超声波发射器发出超声波，经物体反射后被接收器接收。
根据声波的传播速度和接收时间，可以计算出超声波的传播距离。
常用的超声波频率为40kHz左右，其传播速度约为340m/s。
单片机与超声波测距在超声波测距系统中，单片机作为主控制器，负责控制整个系统的运行。
它接收来自超声波发射器的信号，触发超声波的发送，并计时等待超声波的返回。
当超声波被接收器接收时，单片机通过计算时间差来计算距离。
距离计算距离计算公式为：距离 =声速×时间差 / 2。
在系统中，声速是已知量，因此关键是准确测量时间差。
单片机通过计时器来精确测量从超声波发射到接收的时间，从而计算出距离。
误差分析超声波测距系统可能出现的误差主要有以下几种：1、计时器计时误差：这是时间测量误差的主要来源。
为提高计时精度，可以使用高精度的计时器或者采取软件滤波算法来降低误差。
2、声速误差：由于环境温度、湿度等因素的影响，声速可能会发生变化，从而影响测量结果。
可以通过引入温度传感器来对声速进行补偿，以减小误差。
3、反射面误差：由于被测物体的表面形状和质地等原因，超声波可能无法完全反射回来，导致测量结果偏小。
为减少误差，可以在发射端和接收端加装角度调节装置，使超声波尽量垂直于被测物体表面。
应用实例以下是一个基于单片机的超声波测距系统的设计实例：1、硬件选择：选用STM32F103C8T6单片机作为主控制器，并选用HC-SR04超声波传感器作为超声波发射和接收器。
该传感器具有外接和控制电路简单、性能稳定、可靠性高等优点。
2、硬件连接：将超声波传感器的Trig和Echo引脚分别连接到单片机的GPIO口，以控制超声波的发射和接收。
基于STM32微控制器与LabVIEW的超声波测距系统的设计
基于STM32微控制器与LabVIEW的超声波测距系统的设计王宝晶
【期刊名称】《机电信息》
【年(卷),期】2024()4
【摘要】利用STM32微控制器和LabVIEW设计了一个可视化、可远程控制的超声波测距系统,该系统可广泛应用于智能小车安全避障、移动机器人导航定位、建筑测量定位等方面。
该系统主要采用STM32F103RCT6微控制器作为主控板,利用前后两个JSN-SR04T一体化超声波模块共同实时感测前、后物体的水平移动轨迹及运动距离,将实时感测后的移动距离数据通过串口方式同步到用户终端PC机上进行数据显示。
通过用户终端PC机设计的LabVIEW人机信息交互控制界面向主控板发送命令,控制整个测距系统的启/停,当距离小于设定的警戒安全距离时,系统发出报警提示音,同时LabVIEW界面对应的报警指示灯点亮,实现可视化、可安全远程控制。
通过定时器中断的设置,优化捕获精度和响应速度,经过测试,该系统性能稳定可靠。
【总页数】5页(P32-35)
【作者】王宝晶
【作者单位】天津现代职业技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN98;TB553
【相关文献】
1.基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计
2.基于STM32和超声波测距的倒车雷达预警系统设计
3.基于ARM微控制器的超声波测距系统设计
4.基于STM32的多通道超声波测距系统设计
5.基于STM32单片机的超声波测距系统设计与实现
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计
Ｋｅ ｒ ｓ ＴＭ３ ｃｏ ｒｃ ｓｏ ；ｕｔａｏ ｉ ｉｔ ｃ ａｕ ｎ ；ｄ ｕ ｌ ｏ ａａｏ ；ｔ －ａｎ ｃ ｍｐ ｎ ａｉｎ（ ＧＣ） ｙ ｗｏ ｄ ：Ｓ ２ Ｍｉｒｐ ｏ ｅ ｓｒ ｌ ｓ ｎｃｄ ｓ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ｇ ｏ ｂｅ ｃ ｍｐ ｒｔｒ ｉ ｇ ｉ ｏ ｅ ｓ ｔ Ｔ ｒ ｎ ａ ｉ ｍｅ ｏ ；
ｔａ ｉ ｏ ａ ｃ ｏ ｏ ｔ ｌ ｒ ｔ ｅ ｂ ｓ ｒ ｄ ｔ ｎ ｌｍｉ ｒ ｃ ｎ ｒ ｌ ， ａ ｉ ｉ ｏ ｅ ｈ ｃ￣ｅ ｕ ｎ ｙ ａ ｄ ｔ ｅ Ｔ ｍｅ ｑ ｅ ｃ ｎ ｈ ｉ ｒ￣ｅ ｕ ｎ ｙ ｏ ｈ Ｔ ２ ｍｉｒ ｃ ｎ ｒｌ ｒ ｒ ａ ｈ ｕ ｏ ７ ＭＨｚ ｑ ｅ ｃ ｆｔ ｅ Ｓ Ｍ３ ｃ ｏ ｏ ｔ ｌ ｅ ｃ ｐ ｔ ２ ｏｅ ， ｗｈ ｃ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｔ ｎ ｏ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ｇ ｔ ． ｈ ｕ ｅ ｏ ｔ ｓ ｔ ａ ｏ ａ ｔｒ Ｐ Ｍ ｈ ｎ ｅｓ ｔ ｒｖ ｌ ａ ｏ ｉ ｉ ｈ ｉ ｒ ｖ ｅ ｏ ｕ ｉ ｆｔ ａ ｕ ｎ ｉ Ｔ ｅ ｓ ｐ ｒ ｒ ｙ ｉ ｈ ｔ ｕ ｃ ｎ ｓａ ｔ Ｗ ｈ ｏ ｈ ｉ ｍｅ ｉｉ ｙ ｃ ａ ｎ ｌ ｏ ｄ ｅ ｕ ｔ ｓ ｎ ｃ ｉ ｒ
基于STM32的超声波流量计硬件系统的设计
㊀２０１８年㊀第４期仪表技术与传感器Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ㊀Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ㊀ａｎｄ㊀Ｓｅｎｓｏｒ２０１８㊀Ｎｏ．４㊀收稿日期：２０１７－０８－２３基于ＳＴＭ３２的超声波流量计硬件系统的设计贾彦茹１，张连堂２（１．信阳学院数学与信息学院，河南信阳㊀４６４０００㊀２．河南大学计算机与信息工程学院，河南开封㊀４７５００１）㊀㊀摘要：针对传统流量计在测量流体流速时存在安装繁琐㊁运输复杂等问题，设计了新型的基于多普勒法的超声波流量计㊂该系统以ＳＴＭ３２为开发平台，主要设计了超声波发射电路㊁超声波接收电路㊁功率放大电路㊁回波信号处理及滤波电路㊁ＳＴＭ３２最小系统及其外围电路等㊂为方便频移信号处理，提出了把回波信号解调到中频带２０ｋＨｚ上，这样提高了系统在低流速测量的精确度㊂采用ＦＦＴ算法对系统采集的频移信号进行频谱分析，最终根据计算的频移值来确定流体的流速㊂实际结果表明，该系统尤其适用于大管径流量测量且测量精确度较高，误差在５％之内，具有安装㊁运输便捷等一系列优点㊂关键词：超声波；多普勒；ＳＴＭ３２；ＦＦＴ中图分类号：ＴＰ９３４㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１００２－１８４１（２０１８）０４－００９２－０３ＤｅｓｉｇｎｏｆＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＦｌｏｗｍｅｔｅｒＨａｒｄｗａｒｅＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＳＴＭ３２ＪＩＡＹａｎ⁃ｒｕ１，ＺＨＡＮＧＬｉａｎ⁃ｔａｎｇ２（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｈｅｍａｔｉｃｓａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＸｉｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉｎｙａｎｇ４６４０００，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｋａｉｆｅｎｇ４７５００１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｎｅｗｔｙｐｅｏｆｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｆｌｏｗｍｅｔｅｒｂａｓｅｄｏｎＤｏｐｐｌｅｒｍｅｔｈｏｄｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｆｏｒｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｆｌｏｗｍｅｔｅｒｈａｄｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎａｎｄｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｆｌｕｉｄｆｌｏｗｖｅｌｏｃｉｔｙ．ＴｈｅｓｙｓｔｅｍｕｓｅｄＳＴＭ３２ａｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｌａｔｆｏｒｍ，ｍａｉｎｌｙｄｅｓｉｇｎｅｄｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔｓｒｅｃｅｉｖｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔｓ，ｐｏｗｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒｃｉｒｃｕｉｔ，ｅｃｈｏｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｆｉｌｔｅｒｃｉｒｃｕｉｔ，ＳＴＭ３２ｍｉｎｉｍｕｍｓｙｓｔｅｍａｎｄｉｔｓｐｅｒｉｐｈｅｒａｌｃｉｒｃｕｉｔ．Ｉｎｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ⁃ｓｈｉｆｔｅｄｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｉｔｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｄｅｍｏｄｕｌａｔｅｔｈｅｅｃｈｏｓｉｇｎａｌｔｏｔｈｅｍｉｄｄｌｅｂａｎｄ２０ｋＨｚ，ｗｈｉｃｈｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｎｔｈｅｌｏｗｆｌｏｗｒａｔｅｍｅａｓ⁃ｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙ．ＴｈｅＦＦＴａｌｇｏｒｉｔｈｍｗａｓｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｈｉｆｔｓｉｇｎａｌｃｏｌｌｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｓｙｓｔｅｍ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｔｈｅｆｌｕｉｄｗａｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｈｉｆｔｖａｌｕｅ．Ｔｈｅａｃｔｕａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｌａｒｇｅｄｉａｍｅｔｅｒｆｌｏｗｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙｉｓｈｉｇｈ，ｔｈｅｅｒｒｏｒｉｓｗｉｔｈｉｎ５％，ｗｉｔｈｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ，ｔｒａｎｓ⁃ｐｏｒｔａｔｉｏｎａｎｄａｓｅｒｉｅｓｏｆａｄｖａｎｔａｇｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ；Ｄｏｐｐｌｅｒ；ＳＴＭ３２；ＦＦＴ０㊀引言超声波是指振动频率高于２０ｋＨｚ的机械振动，其指向性好㊁能量集中㊁穿透能力强，同时具有光的反射㊁折射等一系列优点㊂超声波流量计就是利用超声波的这一特性来测量流体流量的，当超声波信号在流体中流动时，经流体中的固体粒子或反射颗粒反射后将会产生多普勒频移，对此频移信号的采集和计算，就可以得到此管道截面积的平均流量［１］㊂１㊀测量原理超声波多普勒流量计以多普勒效应为基础㊂在声学中，当声源和观察者相对于媒质运动，或两者同时相对于媒质运动时，观察者接收到的频率与声源发出的频率不同，这两个频率的差值称为多普勒频移，它的大小与两者相对运动速度的大小成正比，这种现象称为多普勒效应［２］㊂在利用超声波多普勒法测量时，超声波传感器的激励方式主要有２种：单载频脉冲激励㊁连续方波激励㊂本文采用的是连续方波激励法，如图１所示，一对超声波换能器成４５ʎ角对称安装在管道壁上，超声波发射探头连续发射超声波信号，经管壁进入流体中，经流体中固体颗粒或悬浮气泡反射后进入超声接收探头，通过测量流体中固体粒子或悬浮气泡的多普勒频移来完成流体流量的检测［３－４］㊂超声波在被测流体中的速度为ｃ，被测流体中固体颗粒或悬浮气泡的流速为ｖ，超声波发射的频率为ｆ１，超声波接收环能器接收到的频率为ｆ２，超声波与流体流速方向夹角θ㊂则多普勒频移与流速之间的关系为㊀㊀㊀㊀㊀第４期贾彦茹等：基于ＳＴＭ３２的超声波流量计硬件系统的设计９３㊀㊀图１㊀超声波多普勒流量计测量模型Δｆ＝２ｖｆ０ｃｏｓθｃ（１）被测管道流体流速为ｖ＝Δｆｃ２ｆ０ｃｏｓθ（２）２㊀超声波多普勒流量计整体硬件的设计超声波多普勒流量计硬件测量系统包括超声波发射电路㊁超声波接收电路㊁功率放大电路㊁回波信号处理及滤波电路㊁中频解调电路㊂本文采用一对中心频率为４００ｋＨｚ的超声波换能器分别作为超声波发射和接收探头，如图２所示，利用４００ｋＨｚ的连续方波信号激励超声波发射探头发射超声波，超声波信号被流体中的固体颗粒发射后进入超声波接收换能器，最后把经过处理的频移信号通过ＲＳ４８５通讯的方式发送到上位机中进行频谱分析㊂图２㊀超声波多普勒流量计系统框图硬件系统采用ＳＴＭ３２Ｆ４２９作为核心控制器［５］，它是以Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ４为内核，具有２ＭＢ的Ｆｌａｓｈ，２５６ＫＢ的ＳＲＡＭ以及丰富的Ｉ／Ｏ口资源，主频高达１８０ＭＨｚ，这使得该控制器非常适合本系统对多普勒频移信号的采集㊂２．１㊀超声波发射电路由于接收的超声波信号的质量取决于超声波发射信号的质量，要保证发射信号的强度必须提高发射信号的功率㊂系统中，利用ＳＴＭ３２Ｆ４２９自身的Ｄ／Ａ和定时器产生２路方波信号，一路４００ｋＨｚ的方波信号进行功率放大后去激励超声波发射探头，变压器主要是用来提升电压以及和超声波换能器阻抗匹配；另一路３８０ｋＨｚ用于中频解调电路的参考信号，如图３所示，此电路设计简单㊁性能可靠［６］㊂图３㊀超声波发射电路２．２㊀超声波接收电路接收的超声波回波信号非常小，一般为几十ｍＶ㊂如果直接对接收的回波信号进行分析将会有很大的误差且分析难度很大，因此我们需要对接收的回波信号进行多级放大后再进行中频解调㊂当把回波信号放大后，信号中的干扰信号也一同被放大了，因此在放大回波信号后还要加一级带通滤波器滤除干扰信号，带通滤波器的中心频率设计为４００ｋＨｚ，如图４所示㊂图４㊀超声波接收电路２．３㊀中频解调电路中频解调电路是把超声波接收换能器接收的超声波信号与３８０ｋＨｚ的参考信号进行混频，混频后ＡＤ７３４中包含２个频率，一个为两者频率之和，另一个为两者频率之差㊂混频后的输出接３０ｋＨｚ低通滤波器滤除高频信号后，把多普勒频移信号解调到２０ｋＨｚ的频谱上，最后利用ＳＴＭ３２Ｆ２４９自身的Ａ／Ｄ采集多普勒频移信号［７］，把采集的频移信号通过ＲＳ４８５通讯的方式发送到上位机进行频谱分析，计算出流体流量信息，如图５所示㊂３㊀软件设计系统软件设计主要包括ＳＴＭ３２Ｆ４２９最小系统初始化程序㊁定时器初始化程序㊁Ｄ／Ａ初始化程序㊁Ａ／Ｄ采集初始化程序㊂系统上电时，首先执行系统复位操作，其次利用ＳＴＭ３２Ｆ４２９的Ｄ／Ａ和定时器产生２路㊀㊀㊀㊀㊀９４㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＡｐｒ．２０１８㊀图５㊀中频解调电路方波信号，然后再利用ＳＴＭ３２Ｆ４２９的Ａ／Ｄ采集功能采集多普勒频移信号，最后通过ＲＳ４８５通讯的方式把采集的多普勒频移信息发送到上位机分析㊂４㊀试验数据分析把超声波多普勒流量计硬件测量系统安装到管道壁上，当管道中流体流动时，启动超声波多普勒流量计测量系统采集数据并把采集的数据通过ＲＳ４８５通讯方式发送到上位机，这里取采集的１０２４个点数据进行分析，数据如图６所示，如果直接对１０２４个数据进行分析是很困难的，因为这些数据中带有一些噪声信号，无法分辨出真实的频率㊂因此需要对这些数据进行快速傅里叶变换，把它从时域转换到频域，这样就可以分辨出频率值，得到多普勒偏移值［８－９］㊂图６㊀采样１０２４个点的多普勒频移信号当管道中流体流速改变时，通过对比测量得到的流速和已知流速的关系，就可以知道该系统测量的大概误差范围，表１为测量流速与实际流速的对比，可以算出几组数据的平均误差约为５％，本文设计的超声波多普勒流量计硬件测量系统的误差范围控制在５％之内，具有一定的可靠用和通用性㊂表１㊀实际流速与测量流速对比ｍ／ｓ本文设计了一种超声波多普勒流量计硬件测量系统，该系统具有通用性好㊁测量时不破坏被测流体流场㊁不与被测流体直接接触㊁安装维护方便等一系列优点㊂本系统把多普勒频移信息发送到上位机进行离线处理，后续可以对系统继续优化，选用专用的数字信号处理芯片ＤＳＰ，在系统内部完成频移信号的分析㊁处理㊁计算，从而直接得到流体的流速信息，进一步提高测量的精度㊂参考文献：［１］㊀梁国伟，蔡武昌．流量测量技术及仪表［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００２．［２］㊀张秀梅．多普勒效应公式的一种新的推导方法［Ｊ］．锦州医学院学报，２００１（４）：７０－７１．［３］㊀林书玉．超声换能器的原理及设计［Ｍ］．北京：科学出版社，２００４．［４］㊀罗守南．基于超声多普勒方法的管道流量测量研究［Ｄ］．北京：清华大学，２００４．［５］㊀刘军．例说ＳＴＭ３２［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，２０１２．［６］㊀涂晓立，杨道业，陈静．超声波多普勒流量计的设计［Ｊ］．仪表技术与传感器，２０１６（３）：４１－４３．［７］㊀赵光宙，舒勤．信号分析与处理［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００１．［８］㊀高志国．基于ＲＳ－４８５总线信号的可靠性研究［Ｊ］．石油化工自动化，２０１１（２）：１１９－１２２．［９］㊀楼顺天．基于ＭＡＴＬＡＢ的系统分析与设计 信号处理［Ｍ］．西安：西安电子科技大学出版社，１９９９．作者简介：贾彦茹（１９８１ ），硕士，讲师，研究方向为数字图像处理㊂张连堂（１９５７ ），教授，研究方向为软件工程㊂（上接第９１页）［８］㊀魏泽鼎，郝琳，郑惠萍．基于单片机的荧光寿命法温度测量仪的研究［Ｊ］．仪表技术与传感器，２０１０（４）：２６－２７．［９］㊀贾丹平，高鹏，伞宏力．荧光余辉测温法中的数据处理［Ｊ］．沈阳工业大学学报，２００６，２８（５）：５４２－５４５．［１０］㊀孙伟民，张建中，于蕾，等．荧光寿命的快速傅里叶变换拟合方法［Ｊ］．光学学报，２００４，２４（６）：８３８－８４１．作者简介：贾丹平（１９６８ ），副教授，博士，主要研究领域为光电检测技术㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｗｉｎｎｅｒｊｉａ＠ｓｏｈｕ．ｃｏｍ王岩（１９９１ ），硕士研究生，主要研究领域为光电检测技术㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：８１１６４５４９６＠ｑｑ．ｃｏｍ。
- 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)。
湖北民族学院信息工程系课程设计报告书题目: 基于nrf24l01的超声波测距系统课程：单片机课程设计专业：电子信息班级： 03114学号： 03114学生姓名：指导教师：2014年5月3日信息工程学院课程设计任务书学号 03114 学生姓名专业（班级）电子信息设计题目基于nrf24l01的超声波测距系统设计技术参数STM32F103VET6单片机,vcc 5v 、 72mhz 、spi端口、lcd显示屏Hcsr04模块 nrf24l01设计要求通过超声波测距磨块测量小于4米的距离，测量精度0.5cm。
并且通过无线传输模块实现数据的无线通信。
工作量5000字工作计划前期完成资料的选取阶段，后期进行技术分析然后进行程序的编写和代码的相关调试；最后对系统进行完善整理资料编写报告。
参考资料电子技术基础（数字部分），康华光主编，高等教育出版社电子技术基础（模拟部分），康华光主编，高等教育出版社李士雄，丁康源主编，数字集成电子技术教程，高等教育出版社周良权方向乔编《数字电子技术基础》高等教育出版社陈小虎主编《电工电子技术》高等教育出版社李朝青，刘艳玲单片机原理及接口技术（第4版）北京航空航天大学出版社指导教师签字教研室主任签字2014年5月3日信息工程系课程设计成绩评定表学生姓名：学号：03 专业（班级）：电子信息课程设计题目：基于nrf24l01的超声波测距系统成绩：指导教师：年月日摘要本系统是基于无线通信模块的一个超声波测距系统具有4米范围内的有效距离测量。
采用nrf24l01无线通信模块可在2米的范围内实现有效通信科信控制部件采用stm32f103vet6单片机可实现高速转换便于实时距离转换测试。
Hcsr04超声波测距系统实现精度0.5cm的距离测量关键词：nrf24l01、m3、Hcsr04。
1 任务提出与方案论证 (7)1.1 简介 (7)2 总体设计 (9)2.1模块组成简介 (9)2.2 nrf24l01无线通信模块 (10)2.3相关原理图 (11)2.4 超声波测距模块 (12)参考文献 (15)1 任务提出与方案论证1.1 简介超声波测距仪主要是通过声速来测量的，肉眼看不见射出的线。
装置上有设置瞄点装置，只要把仪器对准要测量的目标，就会出现一点在测距仪的显示屏幕上。
超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，所以经常用超声波来测量距离，如测距仪和物体测量仪，超声波测距仪装置上有设置瞄点装置，只要把仪器对准要测量的目标，就会出现一点在测距仪的显示屏幕上，主要是通过声速来测量的，肉眼看不见射出的线。
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。
超声波测距仪由超声波发生电路、超声波接收放大电路、计数和显示电路组成。
超声波发生电路为超声波发生电路。
双定时器EN556(U2b)组成单稳态触发器。
R6和C6构成微分电路，其作用是：当按键S2按下时，低电平变成正负尖顶脉冲，经过VD1得到负尖顶脉冲，触发单稳态触发器翻转。
单稳态翻转输出的高电平持续约1 ms，即tw≈1．1R5C5≈1 ms。
EN556(U2n)组成多谐振荡器，接地电阻测试仪振荡频率f1=1/T1≈1/{0．7[(R1+R2)+2(R3+R4)]C3≈40 kHz。
该振荡器振荡受单稳态触发器输出电平控制。
当单稳态触发器输出高电平时，多谐振荡器产生振荡，EN556的引脚5输出约40个频率为40 kHz、占空比约50%的矩形脉冲。
考虑到多谐振荡器起振阶段不稳定，因此设计输m脉冲数较多。
若输出脉冲数太少，则发射强度小，测量距离短。
但脉冲数过多，发射持续时间长，在距离被测物较近时，脉冲串尚未发射完，这样导致先发射出的脉冲产生的回波将到达接收端，影响测距结果，造成测距盲区增大。
(U1)的U1a~U1e组成超声波脉冲驱动电路，可提高驱动超声波发送传感器的脉冲电压幅值，有效进行电/声转换，增强发射超声波的能力，增大测量距离。
40 kHz脉冲串的一路经U1a反相，再经由U1b和U1e并联的反相器反相；其另一路经南U1c和U1d并联的反相器反相。
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。
超声波仿真采用AT89C52，实际运用AT89S52单片机,晶振:11.0592M,单片机用P1.0口输出超声波换能器所需的40KHZ方波信号,利用外中断1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74HC245,位码用三极管驱动。
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：2 总体设计2.1模块组成简介超声波实物用的是STM32系列的单片机,晶振:8M倍频后可以达到72M,单片机用PE0以及PE4口输出超声波换能器所需的40KHZ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,显示电路采用相匹配的TFT屏幕,STM32F系列属于中低端的32位ARM微控制器，该系列芯片是意法半导体（ST）公司出品，其内核是Cortex-M3。
该系列芯片按片内Flash 的大小可分为三大类：小容量（16K和32K）、中容量（64K和128K）、大容量（256K、384K 和512K）。
芯片集成定时器，CAN，ADC，SPI，I2C，USB，UART，等多种功能。
从32K到512K 字节的闪存程序存储器（STM32F103XXXX中的第二个X表示FLASH容量，其中：“4”=16K，“6”=32K，“8”=64K，B=128K，C=256K，D=384K，E=512K）--最大64K字节的SRAM。
因为STM32 内部没有集成专用的液晶屏和触摸屏的控制接口，所以在显示面板中应自带含有这些驱动芯片的驱动电路(液晶屏和触摸屏的驱动电路是独立的)，STM32 芯片通过驱动芯片来控制液晶屏和触摸屏。
它使用 ILI9341 芯片控制液晶屏，通过 TSC2046 芯片控制触摸屏。
主要由单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分组成。
采用STM32来实现对CX20106A红外接收芯片和T40-16系列超声波转换模块的控制。
采用hcsr04超声波测距模块进行距离的测量。
控制口发一个10US 以上的高电平,就可以在接收口等待高电平输出.一有输出就可以开定时器计时,当此口变为低电平时就可以读定时器的值,此时就为此次测距的时间,方可算出距离.如此不断的周期测,就可以达到你移动测量的值了。
模块工作原理：(1)采用 IO 触发测距，给至少10us 的高电平信号;(2)模块自动发送8 个40khz 的方波，自动检测是否有信号返回；(3)有信号返回，通过IO 输出一高电平，高电平持续的时间就是(4)超声波从发射到返回的时间．测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2;2.2 nrf24l01无线通信模块nRF24L01是由NORDIC 生产的工作在2.4GHz~2.5GHz 的ISM 频段的单片无线收发器芯片。
无线收发器包括：频率发生器、增强型“SchockBurst ”模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器和解调器。
当工作在发射模式下发射功率为0dBm 时电流消耗为11.3mA ，接收模式时为12.3mA ，掉电模式和待机模式下电流消耗更低。
性能参数小体积，QFN20 4x4mm 封装。
宽电压工作范围，1.9V~3.6V ，输入引脚可承受5V 电压输入；工作温度范围，-40℃～+80℃；工作频率范围，2.400GHz ～2.525GHz 。
；发射功率可选择为0dBm 、-6dBm 、-12dBm 和-18dBm ；数据传输速率支持1Mbps 、超声波模块 通信模块M3单片机LCD通信模块M3单片机LCD2Mbps；低功耗设计，接收时工作电流12.3mA，0dBm功率发射时11.3mA，掉电模式时仅为900nA，126个通讯通道，6个数据通道，满足多点通讯和调频需要。
增强型“ShockBurst”工作模式，硬件的CRC校验和点对多点的地址控制， 4线SPI通讯端口，通讯速率最高可达8Mbps，适合与各种MCU连接，编程简单；可通过软件设置工作频率、通讯地址、传输速率和数据包长度；MCU可通过IRQ引脚快判断是否完成数据接收和数据发送。
2.3相关原理图电路原理引脚定义接线图2.2.1主要技术参数：1：使用电压：DC5V 2：静态电流：小于2mA3：电平输出：高5V 4：电平输出：底0V5：感应角度：不大于15度 6：探测距离：2cm-450cm7:高精度：可达0.3cm板上接线方式，VCC、trig（控制端）、 echo（接收端）、 out（空脚）、 GND 注： TRIP引脚是内部上拉10K的电阻，用单片机的IO口拉低TRIP引脚，然后给一个10us以上的脉冲信号。
OUT脚为此模块作为防盗模块时的开关量输出脚，测距模块不用此脚！2.2.2ＵＲＦ０４模块工作原理：(1)采用IO触发测距，给至少10us的高电平信号;(2)模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；(3)有信号返回，通过IO输出一高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间．测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2;本产品使用方法简单,一个控制口发一个10US以上的高电平,就可以在接收口等待高电平输出.一有输出就可以开定时器计时,当此口变为低电平时就可以读定时器的值,此时就为此次测距的时间,方可算出距离.如此不断的周期测,就可以达到你移动测量的值了~~模块工作原理：(1)采用IO触发测距，给至少10us的高电平信号;(2)模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；(3)有信号返回，通过IO输出一高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间．测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2;2.2.3相关原理时序图3 总结经运行表明，本电路可以实现将将距离实时的精确地测量出来，。