單片機超聲測距原理

⑴ 基於單片機的超聲波測距儀畢業論文

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基於單片機的超聲波測距儀設計及其應用分析

[摘要] 本文利用超聲波傳輸中距離與時間的關系，採用AT89C51單片機進行控制及數據處理，設計出了能精確測量兩點間距離的超聲波測距儀。該測距儀主要由超聲波發射器電路、超聲波接收器電路、單片機控制電路、環境溫度檢測電路及顯示電路構成。利用所設計出的超聲波測距儀，對不同距離進行了測試，並進行了詳盡的誤差分析。

[關鍵詞] 超聲波測距 單片機 溫度感測器

隨著社會的發展，人們對距離或長度測量的要求越來越高。超聲波測距由於其能進行非接觸測量和相對較高的精度，越來越被人們所重視。本設計的超聲波測距儀，可以對不同距離進行測試，並可以進行詳盡的誤差分析。

一、設計原理

超聲測距儀是根據超聲波遇到障礙物反射回來的特性進行測量的。超聲波發射器向某一方向發射超聲波，在發射同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即中斷停止計時。 通過不斷檢測產生波發射後遇到障礙物所反射的回波，從而測出發射超聲波和接收到回波的時間差T，然後求出距離L。基本的測距公式為：L=(△t/2)*C
式中 L——要測的距離
T——發射波和反射波之間的時間間隔
C——超聲波在空氣中的聲速，常溫下取為340m/s
聲速確定後，只要測出超聲波往返的時間，即可求得L。

二、超聲波測距儀設計目標

測量距離: 5米的范圍之內;通過LED能夠正確顯示出兩點間的距離;誤差小於5%。

三、數據測量和分析

1.數據測量與分析
由於實際測量工作的局限性，最後在測量中選取了一米以下的30cm、50cm、70cm、80cm、90cm、100cm 六個距離進行測量，每個距離連續測量七次，得出測量數據(溫度:29℃),如表所示。從表中的數據可以看出，測量值一般都比實際值要大幾厘米，但對於連續測量的准確性還是比較高的。
對所測的每組數據去掉一個最大值和最小值，再求其平均值，用來作為最終的測量數據，最後進行比較分析。這樣處理數據也具有一定的科學性和合理性。從表中的數據來看，雖然對超聲波進行了溫度補償，但在比較近的距離的測量中其相對誤差也比較大。特別是對30cm和50cm的距離測量上，相對誤差分別達到了5%和4.8%。但從全部測量結果看，本設計的絕對誤差都比較小，也比較穩定。本設計盲區在22.6cm左右，基本滿足設計要求。
2.誤差分析
測距誤差主要來源於以下幾個方面：
(1)超聲波發射與接收探頭與被測點存在一定的角度，這個角度直接影響到測量距離的精確值;(2)超聲波回波聲強與待測距離的遠近有直接關系，所以實際測量時，不一定是第一個回波的過零點觸發;(3)由於工具簡陋，實際測量距離也有誤差。影響測量誤差的因素很多，還包括現場環境干擾、時基脈沖頻率等等。

四、應用分析

採用超聲波測量大氣中的地面距離，是近代電子技術發展才獲得正式應用的技術，由於超聲測距是一種非接觸檢測技術，不受光線、被測對象顏色等的影響，在較惡劣的環境(如含粉塵)具有一定的適應能力。因此，用途極度廣泛。例如:測繪地形圖，建造房屋、橋梁、道路、開挖礦山、油井等，利用超聲波測量地面距離的方法，是利用光電技術實現的，超聲測距儀的優點是:儀器造價比光波測距儀低，省力、操作方便。
超聲測距儀在先進的機器人技術上也有應用，把超聲波源安裝在機器人身上，由它不斷向周圍發射超聲波並且同時接收由障礙物反射回波來確定機器人的自身位置，用它作為感測器控制機器人的電腦等等。由於超聲波易於定向發射，方向性好，強度好控制，它的應用價值己被普遍重視。
總之，由以上分析可看出:利用超聲波測距，在許多方面有很多優勢。因此，本課題的研究是非常有實用和商業價值。

五、結論

本設計的測量距離符合市場要求，測量的盲區也控制在23cm以內。針對市場需求，本設計還可以加大發射功率，讓測量的距離更加的遠。在顯示方面，也可以對程序做適當改動，使開始發射超聲波時LED顯示出溫度值，到超聲波回波接收到以後通過計算得出距離值時，LED自動切換顯示距離值，這樣在視覺效果上得到更加直觀的了解。

參考文獻:

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[3]孫涵芳徐愛卿:MCS一51／96系列單片機原理及應用(修訂版)[M].北京:北京航空航天大學出版社.2002.46-170
[4]路錦正王建勤楊紹國趙珂趙太飛:超聲波測距儀的設計[J].感測器技術.2002

僅供參考，請自借鑒

希望對您有幫助

⑵ 超聲波測距時間差測量原理

超聲波測距的原理一般採用渡越時間法TOF（timeofflight）。首先測出超聲波從發射到遇到障礙物返回所經歷的時間t，再乘以超聲波的速度v就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離S 。公式如下：
S=VT
S（m）為計算出的距離，t（s）為測的時間。
為了減小溫度對測量結果的影響，實時測量空氣溫度並修正超聲波波速。
V=331.5+0.607T 其中 （m/s）為矯正後的聲速，T（℃）為實時溫度

其次 單片機要設定計數器，進行計數，統計時間

⑶ 超聲波測距感測器的原理是什麼

1. 超聲波發生器

為了研究和利用超聲波，人們設計和製造了許多超聲波發生器。一般來說，超聲波發生器可以分為兩類:一類是電產生超聲波，另一類是機械產生超聲波。電方法有壓電、磁致伸縮、電等;機械方法有高爾通笛、水笛、氣笛。它們產生的超聲波的頻率、功率、聲波特性不同，所以它們的用途也不同。目前，比較常用的是壓電式超聲波發生器。

2. 壓電超聲發生器原理

壓電超聲波發生器實際上是利用壓電晶體的共振來工作。超聲發生器內部結構有兩個壓電晶片和一個諧振板。當脈沖信號作用於壓電晶片的兩極，其頻率等於壓電晶片的固有振盪頻率時，壓電晶片將產生共振，並驅動諧振板振動，產生超聲波。反之，如果兩電極之間不加電壓，當共振板接收到超聲波時，就會壓壓電片振動，將機械能轉化為電信號，從而成為超聲波接收器。

3.超聲波測距原理

超聲波發射器按一定方向發射超聲波，並與發射時間同時計時。超聲波在空氣中傳播，在途中遇到障礙物後立即返回。超聲波接收器接收到反射波後立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s。根據計時器記錄的時間t，可以計算出發射點到障礙物的距離s，即s=340t/2。這就是所謂的時差測距法。

超聲波測距的原理是使用空氣中超聲波的傳播速度是已知的,測量時間當聲波遇到障礙物後反射傳播,並計算實際距離的傳送點障礙基於發射和接收之間的時間差異。由此可見，超聲波測距原理與雷達測距原理是相同的。

測距公式表示為:L=C×T

式中，L為測量的距離長度;C為超聲波在空氣中的傳播速度;T為測量距離傳播的時間差(T為發射到接收時間值的一半)。

超聲波測距主要用於倒車提醒、建築工地、工業工地等場所的距離測量。目前距離測量范圍雖然可以達到100米，但測量精度只能達到厘米量級。

超聲波具有定向發射容易、方向性好、強度易於控制、不與被測物體直接接觸等優點，是一種理想的液體高度測量方法。在精密的液位測量中需要達到毫米級的測量精度，但目前國內超聲波測距專用集成電路只有厘米級的測量精度。

⑷ 基於單片機的超聲測距.

超聲波的軟體設計採用模塊化的設計方法，實現用兩種方式測量距離，一是，運用手動的方式，每按一次鍵進行一次測量，按鍵採用外部中斷INT0,每中斷一次，經一定時間的去干擾延時後，調用超聲波發射函數，發射超聲波，再利用單片機T0的捕獲功能，捕獲反射回來的超聲波，然後計算出從發射到返回的時。

二是，運用自動的模式，利用INT1進入自動模式，進入自動模式後，由單片機的T2控制超聲波每經過1s左右發射一次，及時地顯示反射物體的距離。

超聲波測距，可以利用以下的演算法：

S=V*t

其中：S是測量的距離，V是聲速，t是超聲波走過的時間。這種演算法受環境溫度的影響很大，願因是在不同的環境溫度下，超聲波的速度受溫度的影響。所以，在這次的設計中沒有採用種方法。這里採用的是比例測量的方法。即，在測量之前先進行校準。校準是利用測量標准1米對應的時間t1作為比例值，然後，用測量的時間tx與之相比，得出測量的距離，。即有：S=tx/t1經試驗測得這種測量准確性良好。

方案很多，其一見圖：

器件見圖。

⑸ 單片機測距如何實現

單片機測距離，分為超聲波激光測距：基本上是通過激光的發送與接收的時間差來算出距離的。這就要求系統輸出一個驅動發光管的電流脈沖，驅動LED發出激光脈沖。然後等待反射回來的光脈沖關閉計時電路。再根據計時的數值，算出距離。激光測距（超聲測距類同）：基本上是通過激光的發送與接收的時間差來算出距離的。這就要求系統輸出一個驅動發光管的電流脈沖，驅動LED發出激光脈沖。然後等待反射回來的光脈沖關閉計時電路。再根據計時的數值，算出距離。

⑹ 用51單片機實現超聲波測距怎樣才可以測到4m

輸出用並聯門電路驅動，如CD4069，以增大輸出電流。
接收採用低雜訊運放，如NE5532，放大1000倍。
採用接收，發射分開的探頭
超聲波測距系統的軟體設計，由於超聲發射感測器與超聲接收感測器相隔很近，當發射超聲波時，接收感測器會收到很強的干擾信號。為防止系統的誤測，在軟體上採用延遲接收技術，來提高系統的抗干擾能力。一旦按下起始鍵，即發送發射超聲波的指令，同時單片機控制系統開始執行程序，完成對溫度的采樣、濾波，然後獲得發送、接收超聲波的時間間隔，最後計算出距離值。
（1） 接收放大電路，可加入帶通濾波或鎖相放大（LM567）以盡可能減少干擾信號引起誤觸發，另外為防止發射信號直接進入接收端所以設置一定的延時。鎖相應用電路，調整在40KHZ上，但要考慮加入後對接收處理的延時，用軟體調整。
另一方面可採用自動增益補償技術,隨著時間的增加, AGC的放大倍數呈指數規律變化,從而保證了超聲波接收器波形的幅值不隨測量距離的變化而大幅變化,使得每次在同一個波頭觸發計時電路,提高了系統測量准確度。電路可以採用如下圖所示或者採用單片AD603實現，在這里不具體討論。
（2）發射驅動電路，為放大驅動脈沖可以再加入一級三極體放大電路，三極體要選用高頻的如9018以減少放大後波形的失真；另一方面還可以根據超聲波發生器的特點合理設計阻抗匹配，功放效率和機電轉換效率；為此可採用脈沖變壓器，脈沖變壓器是超聲換能器驅動電路中最重要的器件，它的用途是升高脈沖電壓信號，並使功率放大器的輸出阻抗與換能器的負載阻抗匹配。一般脈沖變壓器以變壓器的功率、原副邊電壓信號的幅值確定變壓器的尺寸和變比；而超聲換能器驅動用變壓器則主要以功率和原副邊電感及阻抗匹配確定變壓器的尺寸和變比。缺點是製作和測量都比較麻煩。在大量程應用場合還可以應用電容瞬間放電或電感瞬間放電產生高壓激勵脈沖。
（3）其它可改善的地方，可採用超聲波測距專用晶元SB5027；也可以採用LM1812N單片超聲波收發集成電路。

⑺ 關於用單片機控制超聲波測距模塊的問題

這可能是你的超消賀改聲波模塊設計就如此.
模塊在發射超聲波時輸出高電平，在接收到反射信號後，將輸出復位成低電平。這個高電平時間就是超聲波在某塊與障礙物之間往返一次所需的時間。

當無障礙物時，高電平會無限期延續下去，這樣就無法啟動下一個超聲波發送，必須在經過一個特定的時間後，強制復位。這個時間也拿判就決定了這個模塊的最大檢測距離。

超聲波脈沖有一定寬度，當超聲波在模塊與障礙物之間來回一次所需時間小於脈沖寬度，反射信號與發射信號重疊，某塊也無法識拍檔別。超聲波的脈沖寬度決定了最小探測距離。