超声波测距器的设计
超声波测距系统的设计详解
超声波测距系统的设计详解超声波测距系统是一种基于超声波测量原理进行距离测量的系统。
它利用超声波在空气中的传播速度较快且能够穿透一定程度的障碍物的特点，通过向目标物体发射超声波并接收反射回来的波形信号，从而计算出目标与传感器之间的距离。
下面将详细介绍超声波测距系统的设计过程。
首先，超声波测距系统的设计需要明确测量的范围和精度要求。
根据需求确定测量距离的最大值和最小值，以及所需的测量精度。
这将有助于选择合适的超声波传感器和测量方法。
其次，选择合适的超声波传感器。
超声波传感器一般包括发射器和接收器两部分，发射器用于发射超声波，接收器用于接收反射回来的波形信号。
传感器的选择应考虑其工作频率、尺寸、功耗等因素。
一般来说，工作频率越高，测距的精度越高，但传感器的尺寸和功耗也会增加。
接下来是超声波信号的发射和接收电路的设计。
发射电路负责产生超声波信号，并将其发送到目标物体上。
接收电路负责接收反射回来的波形信号，并将其转换成可用的电信号。
发射电路常采用谐振频率发射，以提高发射效率和功耗控制。
接收电路则需要设计合适的放大和滤波电路，以增强接收到的信号并去除噪声。
然后是超声波信号的处理和计算。
接收到的波形信号需要进行模数转换和数字信号处理，以获取目标物体与传感器之间的距离。
常见的处理方法包括峰值检测、时差测量、相位比较等。
峰值检测法通过检测波形信号的峰值来判断目标距离；时差测量法通过测量发射和接收信号之间的时间差来计算距离；相位比较法通过比较两个信号的相位差来测量距离。
最后是系统的校准和调试。
校准是调整测距系统的参数，使其达到预定的测量精度。
常见的校准方法包括距离校准和零位校准。
调试是对整个系统进行功能和性能测试，确保其正常工作。
在调试过程中需要注意测距系统与其他系统的干扰和噪声问题，并进行相应的抑制和滤波处理。
总之，超声波测距系统的设计涉及到传感器选择、电路设计、信号处理和系统调试等多个方面。
合理的设计和调试能够保证系统的稳定性和可靠性，从而满足测量的要求。
毕业设计方案超声波测距仪的设计方案
毕业设计方案超声波测距仪的设计方案1. 引言超声波测距仪是一种常用的测量设备，可以通过发送超声波信号并接收回波来测量距离。
本文将介绍一种基于超声波的测距仪设计方案，用于毕业设计项目。
2. 设计目标本设计方案的主要目标是设计一种精确、稳定、成本效益高的超声波测距仪。
具体而言，设计要求如下：- 测距范围：至少10米- 测量精度：在0.5%以内- 响应时间：小于100毫秒- 成本：尽可能低廉- 可靠性：能够在不同环境条件下稳定工作3. 设计原理超声波测距仪的工作原理是利用超声波在空气中传播速度恒定的特性，通过测量超声波的往返时间来计算距离。
一般来说，超声波测距仪由发射模块和接收模块组成。
发射模块：发射模块用于发送超声波信号，通常由脉冲发生器和超声波发射器组成。
脉冲发生器用于产生短暂的高频脉冲信号，驱动超声波发射器将信号转换成超声波信号并发射出去。
接收模块：接收模块用于接收反射回来的超声波信号，并将其转换成电信号。
接收模块一般由超声波接收器和信号处理电路组成。
超声波接收器将接收到的超声波信号转换成电信号，并通过信号处理电路进行放大、滤波和波形整形等处理，得到可用的测量信号。
距离计算：通过测量超声波的往返时间，可以计算出距离。
超声波在空气中的传播速度约为340米/秒，因此距离可以通过距离等于速度乘以时间的公式来计算。
4. 硬件设计硬件设计是实现超声波测距仪的关键。
以下是硬件设计方案的主要组成部分：超声波发射器和接收器：选择适当的超声波发射器和接收器是关键。
一般来说，发射器和接收器的频率应该相同，常见的频率有40kHz和50kHz。
此外，发射器和接收器需要具有相匹配的电特性，以确保信号的传输和接收的准确性。
脉冲发生器：脉冲发生器的设计应考虑到发射模块的需求，需要产生高频、短暂的脉冲信号。
常用的脉冲发生器电路有多谐振荡电路和555定时器电路等。
信号处理电路：接收到的超声波信号需要进行处理，以便得到可用的测量信号。
超声波测距仪的设计方案
软件算法优化
实验结果有效
采用时间戳和温度补偿的方法，提高了超 声波测距的精度和稳定性。
经过实验验证，该超声波测距仪的测量误 差在3mm以内，满足设计要求。
研究不足与展望
实验环境限制 硬件性能提升 软件算法优化 应用领域扩展
本次实验主要在室内环境下进行，对于室外复杂环境下的测量 精度和稳定性还需要进一步验证。
[2] 王晓华, 钱燕. 基于单片机的超声波测距 仪设计[J]. 仪表技术与传感器, 2020,(04): 56-60.
[3] 张志超, 王琳. 嵌入式超声波测距 仪的设计与实现[J]. 仪表技术与传感 器, 2021,(01): 78-82.
THANKS 感谢观看
可以考虑采用更高性能的单片机和传感器，以提高超声波测距 的精度和响应速度。
可以进一步优化软件算法，例如加入目标识别和跟踪功能，提 高超声波测距的应用范围。
超声波测距技术在机器人避障、自动驾驶、安防等领域都有广 泛的应用前景，可以进一步拓展应用领域。
07 参考文献
参考文献
[1] 张涛, 王超. 超声波测距仪的设计与 实现[J]. 电子测量技术, 2019, 42(11): 105-109.
计算距离
通过测量超声波从发射到 接收的时间，计算出距离 。时间乘以声速得到距离 。
数据处理及存储
数据处理
对采集到的数据进行处理，如滤波、去噪等，以提高测量精度。
数据存储
将处理后的数据存储到存储器中，方便后续分析和处理。
人机交互界面设计
显示测量结果
通过液晶显示屏或LED显示屏显 示测量结果。
按键输入
研究超声波测距仪的设计方案 有助于提高测量精度和可靠性 ，推动相关领域的发展。
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。
课程设计实验报告-超声波测距仪的设计
超声波测距仪的设计一、设计目的本设计利用超声波传输中距离与时间的关系，采用STC51单片机进行控制和数据处理，设计出能够精确测量两点间距离的超声波测距仪。
同时了解单片机各脚的功能，工作方式，计数/定时，I/O口的相关原理，并稳固学习单片机的相关内容知识。
二、设计要求1.设计一个超声波测距仪，能够用四段数码管准确显示所测距离2.精度小于1CM，测量距离大于200CM三、设计器材元器件数量STC51单片机 1个超声波测距模块URF-04 1个电阻〔1K 200 4.7K〕 3 个晶振〔12MHz〕 1 个共阳极四位数码管 1 个极性电容〔33pF〕 2 个非极性电容〔22uF〕 1 个四、超声波测距系统原理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到达毫米级。
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，那么有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如下：图1 测距原理超声波测距器的系统框图如下列图所示：图2 系统框图五、设计方案及分析〔包含设计电路图〕4.1硬件电路设计4.1.1 单片机最小系统控制模块设计与比拟方案二：采用STC51单片机控制。
STC51单片机是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8KB的系统可编程Flash 存储器。
AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路，能够满足题目设计的所有要求，而且我们对STC51单片机也比拟熟悉，因此我们选择方案二。
最小系统电路图如图3所示图3 单片机最小系统显示模块设计采用四位共阳极数码管显示，连接电路简单，显示电路连接图如图4所示图4 数码管显示电路超声波测距模块a.本系统采用超声波模块URF04进行测距，该模块使用直流5V供电，理想条件下测距可达500cm，广泛应用于超声波测距领域，模块性能稳定，测度距离精确，盲区〔2cm〕超近。
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。
超声波测距程序设计
超声波测距程序设计超声波测距是一种常用的非接触式测距技术，其原理是利用超声波在空气中传播的特性进行测量。
在超声波测距程序设计中，需要考虑到硬件设备的选择、信号处理算法的设计以及数据分析与显示等方面。
下面是一份超声波测距程序设计的详细介绍。
首先，硬件设备的选择是超声波测距程序设计的第一步。
通常情况下，超声波测距传感器包括超声波发射器和接收器两部分。
超声波发射器发射出特定频率的超声波脉冲，接收器接收到反射的超声波并进行信号放大和处理。
根据具体的应用需求，可以选择适当的超声波测距传感器。
其次，需要设计合适的信号处理算法来处理接收到的超声波信号。
根据超声波的传播速度和回波时间差，可以计算出被测物体与传感器之间的距离。
常用的信号处理算法包括时间差测量法和周期测量法。
时间差测量法是一种基于超声波的往返时间计算距离的方法。
具体实现时，首先通过发射器发射出超声波脉冲，然后通过接收器接收到反射的超声波脉冲。
利用计时器记录下超声波发射和接收的时刻，然后通过时间差换算为距离。
周期测量法是一种基于超声波的周期计算距离的方法。
具体实现时，通过发射器发射出连续的超声波信号，接收器接收到反射的超声波信号。
通过计算接收到的超声波信号的周期，然后通过周期与传播速度计算得到距离。
在信号处理算法的设计中，需要考虑到测量误差的问题。
超声波信号在传播过程中会受到多种因素的影响，例如温度、湿度、气压等。
因此，需要进行一定的误差校正，以提高测量的准确性。
最后，数据分析与显示是超声波测距程序设计中的一个重要环节。
通过采集到的测量数据，可以对被测物体的距离进行分析和显示。
通常情况下，可以通过串口或者其他通信方式将测量数据传输到上位机，然后通过上位机进行分析和显示，以便用户进行观察和判断。
综上所述，超声波测距程序设计通常包括硬件设备的选择、信号处理算法的设计以及数据分析与显示等方面。
通过合理设计和实现，可以实现对被测物体距离的准确测量，并开发出符合实际需求的超声波测距应用系统。
超声波测距仪的设计
超声波测距仪的设计1. 引言超声波测距仪是一种常用的测量设备，可以通过发射超声波信号，并接收反射信号来测量物体与测距仪之间的距离。
本文将介绍超声波测距仪的设计原理、硬件设计和软件设计，并提供该测距仪的详细设计过程。
2. 设计原理超声波测距仪的设计原理基于声波在空气中传播的特性。
当超声波信号发送器发出一束超声波信号时，该信号会在物体表面反射，并被接收器接收到。
通过测量超声波信号的发送和接收时间差，可以得到物体与测距仪之间的距离。
3. 硬件设计3.1 发送器设计发送器的设计主要包括超声波发射器和电路控制部分。
超声波发射器是一个压电陶瓷片，通过电路控制部分提供的电压信号激励，产生高频的超声波信号。
在设计过程中，需要考虑发射器的共振频率和驱动电压的选择，以及电路控制部分的电流保护和输出功率控制等。
3.2 接收器设计接收器的设计主要包括超声波接收器和信号处理部分。
超声波接收器接收反射回来的超声波信号，并将其转换为电信号。
信号处理部分对接收到的电信号进行放大、滤波和后续处理，以提取出有效的距离信息。
3.3 距离计算通过测量发送超声波信号和接收超声波信号的时间差，可以计算出物体与测距仪之间的距离。
距离的计算公式如下：距离 = 速度 × 时间差 / 2其中，速度是超声波在空气中传播的速度，通常可以取340米/秒。
3.4 显示与输出设计中可以添加LED显示屏或者数码管等显示设备，以显示测得的距离。
同时，还可以通过串口或者无线通信等方式，将测得的距离输出到计算机或其他外部设备上进行进一步处理。
4. 软件设计在超声波测距仪的软件设计中，通常需要实现以下功能:•控制发送器和接收器的开关状态和工作频率；•读取接收器接收到的信号，并进行处理；•根据接收到的信号计算距离；•将测得的距离输出到显示设备或者外部设备。
在设计过程中，可以使用C/C++等编程语言，结合相关的硬件接口库来实现软件功能。
5. 总结本文介绍了超声波测距仪的设计原理、硬件设计和软件设计。
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。
超声波测距系统设计(新图)
超声波测距系统设计1. 课程设计目的通过《传感器及检测技术》课程设计，使我们掌握传感器及检测系统设计的方法和设计原则及相应的硬件调试的方法。
进一步理解传感器及检测系统的设计和应用。
2. 内容及要求2.1 设计内容设计一个超声波测距系统，通过超声测距仪的原理是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的。
超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射同时开始计时，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中断停止计时。
通过不断检测产生波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射超声波和接收到回波的时间差T，然后求出距离L。
基本的测距公式为：L=(△t/2)*C式中L——要测的距离T——发射波和反射波之间的时间间隔C——超声波在空气中的声速，常温下取为340m/s声速确定后，只要测出超声波往返的时间，即可求得L。
2.2 设计要求本次设计采用40KHz的超声波发射和接收传感器测量距离。
可采用发射和接收之间的距离，也可将发射和接收平行放在一起，通过反射测量距离。
实现功能要求：(1) LED数码管显示测量距离，精确到小数点后一位（单位：cm）。
(2) 测量范围：30cm～200cm，(3) 误差＜0.5cm。
(4)确保系统的可靠性。
3．系统工作原理设计的整体框图如图1所示，主要由超声波发射，超声波接收与信号转换，按键显示电路与温度传感器电路组成。
超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差T，然后求出距离L=CT／2，式中的C为超声波波速。
在常温下，空气中的声速约为340m／s。
由于超声波也是一种声波，其传播速度C与温度有关，在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。
因为本系统测距精度要求很高，误差<0.5cm，所以通过对温度的检测对超声波的传播速度加以校正。
超声波传播速度确定后，只要测得超声波往返的时间，如图2所示，即可求得距离。
超声波测距仪的设计方案
超声波测距仪的设计方案简介超声波测距仪是一种常见的测距设备，它利用超声波的传播特性来实现对距离的测量。
本文将介绍超声波测距仪的设计方案，包括硬件设计和软件设计。
硬件设计超声波传感器超声波传感器是超声波测距仪的核心部件，它能够发射超声波并接收回波。
常用的超声波传感器有两种，一种是单通道超声波传感器，一种是多通道超声波传感器。
控制电路超声波传感器和微控制器之间需要通过控制电路进行连接。
控制电路主要包括电压转换电路、信号放大电路和滤波电路，它们的作用是将超声波传感器输出的模拟信号转换为微控制器能够识别的数字信号。
显示装置为了方便用户查看测距结果，超声波测距仪通常会配备一个显示装置。
显示装置可以是液晶显示屏、数码管等，通过显示装置可以直观地显示测距结果。
电源模块超声波测距仪需要一个可靠的电源供电。
电源模块可以采用锂电池、干电池或者充电电池等供电方式。
软件设计初始化配置超声波测距仪启动时需要对各个模块进行初始化配置。
这包括设置超声波传感器的工作频率和增益，设置控制电路的参数，以及初始化显示装置等。
超声波测距算法超声波测距算法是超声波测距仪的核心算法，它主要用于计算超声波传感器发射的超声波到接收回波之间的时间差，从而得到距离。
常用的超声波测距算法有三角函数法、脉冲回波法和相位差法等。
其中，三角函数法是最简单的算法，适用于测量距离较短的情况；脉冲回波法和相位差法适用于测量距离较长的情况，但需要更为复杂的计算。
距离显示软件设计中还需要考虑如何将测得的距离值进行显示。
可以通过数码管、液晶显示屏或者计算机界面等方式进行显示。
报警功能超声波测距仪还可以增加报警功能，当检测到距离超过设定的阈值时，触发报警，提示用户该区域存在障碍物。
总结超声波测距仪的设计方案主要包括硬件设计和软件设计两部分。
硬件设计包括超声波传感器、控制电路、显示装置和电源模块的设计。
软件设计包括初始化配置、超声波测距算法、距离显示和报警功能等。
通过合理设计和优化算法，可以实现一个精准、稳定的超声波测距仪。
超声波测距器的设计
第3章超声波测距器的设计功能要求由于超声波具有指向性强、能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远等特点，超声波被经常用于距离的测量。
利用超声波测量距离设计较方便，计算处理较简单，而且在测量精度上也能达到日常使用的要求。
本项目设计的超声波测距器可应用于汽车倒车、建筑施工工地及一些工业现场的位置监控，也可用于诸如液位、井深、管道长度、物体厚度等的测量。
测量范围为~，测量精度为1cm，测量时与被测物体无直接接触，能够清晰、稳定地显示测量结果。
设计的主要功能：在检测范围内，与障碍物的远近，用五盏LED灯显示说明。
当测得的距离小于设定距离时，主控芯片将测得的数值与设定值进行比较处理，然后控制蜂鸣器和LED报警，用5个发光二极管来显示距离长短的趋势。
（1）当被测距离大于等于100cm时，5个灯全亮，且不发声。
（2）当被测距离小于100cm时，离障碍物的距离是否越来越近或越来越远，来改变蜂鸣器发声越来越快或越来越慢。
当被测距离大于等于75cm小于100cm，亮4个灯；（3）当被测距离大于等于50cm小于75cm，亮3个灯；（4）当被测距离大于等于30cm小于50cm，亮2个灯；（5）当被测距离小于30cm，亮1个灯，蜂鸣器急促报警。
主要器件介绍超声波传感器1、超声波的特性人类能听到的声音频率范围为：20Hz-20kHz，即为可听声波，超出此频率范围的声音，即20Hz以下频率的声音称为低频声波，20kHz以上频率的声音称为超声波。
当声音的频率高到超过人耳听觉的频率极限时，人们就会觉察不出周围声音的存在，因而称这种高频率的声为“超”声。
超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，其频率超过20kHz，分横向振荡和纵向振荡两种，超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度不同。
它有折射和反射现象，且在传播过程中有衰减。
超声波的主要基本特性：(1) 波长波的传播速度是用频率乘以波长来表示。
电磁波的传播速度是3×108m/s，而声波在空气中的传播速度很慢，约为344m/s (20℃时)。
基于51单片机超声波测距仪设计
基于51单片机超声波测距仪设计超声波测距仪是一种应用较为广泛的测量设备，可以用于测量物体与超声波传感器之间的距离。
本文将基于51单片机设计一个简单的超声波测距仪，并介绍其原理、硬件电路和程序设计。
一、原理介绍：超声波测距仪的工作原理是利用超声波传感器发射超声波，并接收其反射回来的波，通过计算发射和接收之间的时间差，从而确定物体与传感器之间的距离。
超声波的传播速度在空气中近似为331.4m/s，根据速度与时间关系，可以通过测量时间来计算距离。
二、硬件电路设计：1.超声波模块：选用一个常见的超声波模块，包括超声波发射器和接收器。
2.51单片机：使用51单片机作为控制器，负责控制超声波模块和处理测距数据。
3.LCD显示屏：连接一个LCD显示屏，用于显示测距结果。
4.连接电路：将超声波发射器和接收器分别连接到单片机的引脚，将LCD显示屏连接到单片机的相应引脚。
三、程序设计：1.初始化：包括初始化单片机的GPIO引脚、定时器以及其他必要的设置。
2.发送信号：发射一个超声波信号，通过超声波模块的引脚控制。
此时，启动定时器开始计时。
3.接收信号：当接收到超声波的反射信号时，停止定时器，记录计时的时间差。
根据超声波传播速度，可以计算出距离。
4.显示结果：将测得的距离数据显示在LCD显示屏上。
四、实现效果：通过以上设计，可以实现一个简单的超声波测距仪。
在实际应用中，可以根据需求扩展功能，例如增加报警功能、计算速度等。
总结：本文基于51单片机设计了一个超声波测距仪，包括硬件电路设计和程序设计。
通过该设备可以实现对物体与超声波传感器之间的距离进行测量，并将结果显示在LCD显示屏上。
该设计只是一个基本的框架，可以根据需要进行进一步的改进和优化。
毕业设计超声波测距仪设计
毕业设计超声波测距仪设计（以下内容仅供参考）一、设计要求1.设计一款超声波测距仪，最大测量距离为5米。
2.能够实现实时测量距离。
3.具有屏幕显示测距结果。
4.能够通过按键控制实现最大距离设置。
二、设计方案1.硬件设计2.软件设计1.硬件设计超声波测距仪主要由以下部分组成：1）Arduino UNO开发板Arduino UNO开发板是一款开源的硬件平台，基于ATmega328P单片机。
可以通过编写软件来控制它，从而实现各种功能。
在该设计中，我们使用Arduino UNO作为超声波测距仪的主控板。
2）超声波传感器超声波传感器是超声波测距仪的核心部分。
它通过发射和接收超声波，来测量被测物体和传感器间的距离。
在该设计中，我们使用HC-SR04超声波传感器。
3）1602液晶显示屏1602液晶显示屏是用于在超声波测距仪中显示测距结果的显示设备。
4）按键按键用于设置最大距离。
5）发光二极管发光二极管用于指示测量状态。
2.软件设计超声波测距仪的软件设计主要包括以下三个部分：1）超声波测距的程序设计该部分主要负责调用超声波传感器进行距离测量，并返回测量结果。
2）LCD1602数字显示的程序设计该部分主要负责在1602液晶显示屏上显示测量结果。
3）设置最大距离的程序设计该部分主要负责通过按键设置最大距离。
三、系统实现1.硬件实现超声波传感器通过引脚连接到Arduino UNO的第8、9、10、11号IO口（分别为Trig、Echo、Vcc、GND），1602液晶显示屏通过引脚连接到Arduino UNO的第12、13、6、7、5、4号IO口（分别为RS、EN、D4、D5、D6、D7），按键通过引脚连接到Arduino UNO的第3号IO口，发光二极管通过引脚连接到Arduino UNO的第2号IO口。
2.软件实现1）超声波测距程序设计：首先定义Trig、Echo两个引脚，然后定义pulseIn函数，这个函数的作用是等待Echo引脚输出一个高电平，然后返回Echo引脚的高电平持续时间（us）。
超声波测距仪的设计与调试-发射部分
超声波发射电路基本原理
振荡电路
驱动电路
超声波发射头
基于555的超声波发射电路
01
控制电路部分
02
振荡电路部分
03
驱动电路部分
超声波发射电路——基于555的振荡器
本电路中采用555定时器构成振荡电路，2脚（6脚）及地之间的电容不断的进行充、放电，导致555时基电路处于置位与复位反复交替的状态，即输出端3脚交替输出高电平与低电平，输出波形为近似矩形波，此电路也称为自激多谐振荡器。
实训6：超声波发射电路的制作与调试
实训6：超声波发射电路的制作与调试
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表1：测试本实训系统的幅频特性
Control IC2组成超声波载波信号发生器。由IC1输出的脉冲信号控制，输出约1ms频率40kHz，占空比50％的脉冲，停止约70ms。
超声波测距仪的设计与调试 ——发射部分
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本系统中超声波测距基本原理
由于超声波指向性强，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、物位测量仪等。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，因此得到了广泛的应用。 在本系统中，我们主要应用的是反射式检测方式。即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后就立即停止计时。超声波在空气中传播速度为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=340·t/2，这就是所谓的时间差测距法。
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。
超声波测距仪的设计方案
超声波测距仪的设计方案一、引言超声波测距仪广泛应用于工业领域中的距离测量需求。
本文将介绍一种超声波测距仪的设计方案，以满足高精度、稳定性和可靠性的要求。
二、设计原理超声波测距仪的设计基于超声波测距原理，即通过发送超声波信号到目标物体，并测量回波信号的时间差来计算距离。
具体设计方案如下。
1. 发射装置为保证发射的超声波信号稳定且具有较高的频率精度，我们选用一种高品质的压电陶瓷振荡器作为发射装置。
该振荡器能够提供稳定的超声波信号，并具有快速响应和较低的失真率。
2. 接收装置为捕获和处理回波信号，我们采用一个高灵敏度的超声波接收器。
该接收器能够有效接收和放大回波信号，并通过滤波和放大电路将其转化为数字信号。
3. 信号处理为了准确计算距离，我们使用微处理器进行信号处理。
微处理器通过测量发射与接收之间的时间差，并根据声速来计算出距离。
三、主要模块设计为确保超声波测距仪的可靠性和性能，我们将其设计分为以下几个主要模块。
1. 信号发射模块该模块由压电陶瓷振荡器和驱动电路组成。
振荡器负责产生高频稳定的超声波信号，驱动电路用于提供所需的电源和信号放大。
2. 信号接收模块该模块包括超声波接收器、放大电路和滤波电路。
超声波接收器接收回波信号，并将其放大后传递给滤波电路，以去除噪声和杂散信号。
3. 信号处理模块该模块由微处理器和相关电路组成。
微处理器负责计算距离，并将结果显示在相关显示装置上。
四、性能优化与安全保障为提高超声波测距仪的性能并确保使用过程中的安全可靠，我们采取以下措施。
1. 信号干扰处理在设计中加入了信号滤波电路和抗干扰电路，以防止外界干扰对测距精度的影响。
2. 电源管理采用高质量的电源管理模块，以确保供电稳定并防止电源的波动对测距仪的正常工作产生影响。
3. 结构设计在外壳设计中考虑到机械强度和防水性能，以保证超声波测距仪在各种环境下的可靠性和耐用性。
五、应用场景超声波测距仪的设计方案可以广泛应用于以下情景：1. 无人驾驶超声波测距仪可用于无人驾驶汽车中的障碍物检测和距离测量，以确保行驶安全。
超声波测距仪的设计
超声波测距仪的设计
超声波测距仪的设计一般包含超声发射器、接收器、计时
电路和显示电路。
下面将对其各组成部分进行具体说明。
1. 超声发射器：
超声发射器是超声波测距仪的关键组件，通常由压电陶瓷
传感器构成。
它能将电能转化为超声波能量。
通过施加电压，压电陶瓷会振动产生超声波，并向周围环境发射。
2. 接收器：
接收器是超声波测距仪的另一个重要组成部分。
它通常也
由压电陶瓷传感器构成。
当超声波波达到测距仪的目标物
体后，一部分超声波会被目标物体反射回来，被接收器接收。
接收器会将接收到的超声波转化为电信号。
3. 计时电路：
计时电路用于测量从超声发射到接收到反射信号之间的时
间间隔，根据声速和时间间隔可以计算出目标物体的距离。
计时电路通常由逻辑门、计数器、时钟等组成。
4. 显示电路：
显示电路用于显示目标物体的距离。
一般可以通过数码显
示器或者液晶显示屏将测得的距离进行显示。
显示电路通
常由数码显示器、驱动电路、控制电路等组成。
除了以上组成部分，还可以加入一些其他功能，例如校准
电路、报警电路等，以提高测距仪的精度和实用性。
设计
超声波测距仪需要对各个组成部分进行合理的配置和调试，使得整个测距仪可以稳定、准确地测量目标物体的距离。
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声波传播的速度“c”可以用下列公式表示。c=331.5+0.607t (m/s)式中，t=温度(℃)也就是说，声音传播速度随周围温度的变化而有所不同。因此，要精确的测量与某个物体之间的距离时，始终检查周围温度是十分必要的，尤其冬季室内外温差较大，对超声波测距的精度影响很大，此时可用18B20作温度补偿来减小温度变化所带来的测量误差，考虑到本设计的测试环境是在室内，而且超声波主要是用于测距功能，对测量精度要求不高，所以关于温度效应对系统的影响问题在这里不做深入的探讨。
图3.1超声波传感器结构
3.3硬件电路设计
硬件电路主要分超声波发射接收器、单片机控制电路、显示电路和报警电路四部分。超声波测距器用STC89C52单片机作为核心控制单元,当测得的距离小于设定距离时，主控芯片将测得的数值与设定值进行比较处理，然后控制蜂鸣器和LED报警。设计框图如图3.2所示。
图3.2系统设计方框图
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3.1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。
图3.4单片机与显示系统电路原理图
3.3.3声音报警电路
用一个蜂鸣器和三极管8550、电阻接到单片机的P2.3引脚上，构成声音报警电路，其中三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制（假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话），并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变 化量的β倍，即电流变化被放大了β倍，所以我们把β叫做三极管的放大倍数（β一般远大于1，例如几十，几百）。如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流Ib的变化，Ib的变化被放大后，导致了Ic很大的变化。如果集电极电流Ic是流过一个电阻R（蜂鸣器相当于电阻R）的，那么根据电压计算公式U=R*I可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。如图3.5示为声音报警电路：
（3）当被测距离大于等于50cm小于75cm，亮3个灯；
（4）当被测距离大于等于30cm小于50cm，亮2个灯；
（5）当被测距离小于30cm，亮1个灯，蜂鸣器急促报警。
3.2 主要器件介绍
超声波传感器
1、超声波的特性
人类能听到的声音频率范围为：20Hz-20kHz，即为可听声波，超出此频率范围的声音，即20Hz以下频率的声音称为低频声波，20kHz以上频率的声音称为超声波。当声音的频率高到超过人耳听觉的频率极限时，人们就会觉察不出周围声音的存在，因而称这种高频率的声为“超”声。
灵敏度= 20log E/P (dB)式中,“E”为所产生的电压(Vrms)，“P”为输入声压(μbar)，超声波传感器的灵敏度直接影响着系统测距范围。当频率在40kHz时传感器所对应的灵敏度最高。
2、超声波传感器
完成产生超声波和接收超声波这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声波探头。超声波传感器主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多用作探测方面。它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。
第3章 超声波测距器的设计
3.1 功能要求
由于超声波具有指向性强、能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远等特点，超声波被经常用于距离的测量。利用超声波测量距离设计较方便，计算处理较简单，而且在测量精度上也能达到日常使用的要求。
本项目设计的超声波测距器可应用于汽车倒车、建筑施工工地及一些工业现场的位置监控，也可用于诸如液位、井深、管道长度、物体厚度等的测量。测量范围为0.10~4.00m，测量精度为1cm，测量时与被测物体无直接接触，能够清晰、稳定地显示测量结果。
3.3.2 单片机系统及显示电路
单片机与显示系统电路原理图如图3.4所示。图中VCC为5V的工作电源，5个发光二极管（D1~D5）显示被测距离长短的趋势。当大于等于100cm，5个发光二极管全亮，且不发声。距离小于100cm时开始报警，离障碍物的距离越近报警声越急促。当被测距离大于等于75cm小于100cm时，4个发光二极管亮；当被测距离大于等于50cm小于75cm，3个发光二极管亮；当被测距离大于等于30cm小于50cm时，2个发光二极管亮；当被测距离小于30cm，1个发光二极管亮，蜂鸣器急促报警。
超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，其频率超过20kHz，分横向振荡和纵向振荡两种，超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度不同。它有折射和反射现象，且在传播过程中有衰减。
超声波的主要基本特性：
(1)波长
波的传播速度是用频率乘以波长来表示。电磁波的传播速度是3×108m/s，而声波在空气中的传播速度很慢，约为344m/s(20℃时)。在这种比较低的传播速度下，波长很短，这就意味着可以获得较高的距离和方向分辨率。正是由于这种较高的分辨率特性，才使我们有可能在进行测量时获得很高的精确度。
图3.5声音报警电路图
3.4系统的程序设计
3.4.1测距分析
最常用的超声测距的方法是回声探测法，超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时计数器开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物面阻挡就立即反射回来，超声波接收器收到反射回的超声波就立即停止计时。
由于超声波也是一种声波，其声速v与空气温度有关，一般来说，温度每升高1℃，声速增加0.6m/s。表3.1列出了几种温度下的声速关系：
设计的主要功能：
在检测范围内，与障碍物的远近，用五盏LED灯显示说明。当测得的距离小于设定距离时，主控芯片将测得的数值与设定值进行比较处理，然后控制蜂鸣器和LED报警，用5个发光二极管来显示距离长短的趋势。
（1）当被测距离大于等于100cm时，5个灯全亮，且不发声。
（2）当被测距离小于100cm时，离障碍物的距离是否越来越近或越来越远，来改变蜂鸣器发声越来越快或越来越慢。当被测距离大于等于75cm小于100cm，亮4个灯；
3.3.1 超声波模块
超声波模块采用现成的HC-SR04超声波模块，该模块可提供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：采用IO口TRIG触发测距，给至少10μs的高电平信号;模块自动发送 8 个40kHz的方波，自动检测是否有信号返回；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。实物如图3.3所示。其中VCC供5V电源，GND为地线，TRIG触发控制信号输入，ECHO回响信号输出等四支线。
(2)反射
要探测某个物体是否存在，超声波就能够在该物体上得到反射。由于金属、木材、混凝土、玻璃、橡胶和纸等可以反射近乎100％的超声波，因此我们可以很容易地发现这些物体。由于布、棉花、绒毛等可以吸收超声波，因此很难利用超声波探测到它们。同时，由于不规则反射，通常可能很难探测到凹凸表面以及斜坡表面的物体，这些因素决定了超声波的理想测试环境是在空旷的场所，并且测试物体必须反射超声波。
超声传感器的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。由于晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能都是不同的，我们使用前必须预先了解清楚该探头的性能参数。
超声波传感器的主要性能指标包括：
（1）工作频率。工作频率就是压电晶片的共振频率。当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。
图3.7主程序流程图
3.4.3超声波测距程序
单片机发送端c_send（P3.2口）向TRIG（触发信号输入）发送10μs的高电平触发，这时发射超声波，也关闭了定时器0并且把定时器0清零，保证定时器0准确计数，由于采用的是12MHz的晶振，计数器每计一个数就是1μs。然后单片机发送端c_recive（P3.3口）等待,待检测到EHCO（回响信号输出）为高电平时，开启定时器0定时计数，读取高电平持续时间，并比较是否大于40ms，如果大于40ms，就关闭定时器0，反之，就计算出距离，再关闭定时器0。超声波发射探测流程如图3.8所示：
图3.3超声波模块实物图
超声波探测模块HC-SR04的使用方法如下：IO口触发，给TRIG口至少10us的高电平，启动测量；模块自动发送8个40kHz的方波，自动检测是否有信号返回；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*340）/ 2，单位为m.程序中测试功能主要由两个函数完成。
为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多种超声波发生器。总体上讲，超声波发生器大体可以分为两大类：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。
t
超声波发射 障碍物
S
H
θ
超声波接收
图3.6超声波的测距原理
[3-1]
[3-2]
式中:L---两探头之间中心距离的一半.
又知道超声波传播的距离为:
[3-3]
式中:v—超声波在介质中的传播速度;
t—超声波从发射到接收所需要的时间.
将[3-2]、[3-3]代入[3-1]中得：
[3-4]
其中,超声波的传播速度v在一定的温度下是一个常数(例如在温度T=30度时,V=349m/s);当需要测量的距离H远远大于L时,则[4-4]变为: