单片机超声测距原理

⑴ 基于单片机的超声波测距仪毕业论文

相关范文：

基于单片机的超声波测距仪设计及其应用分析

[摘要] 本文利用超声波传输中距离与时间的关系，采用AT89C51单片机进行控制及数据处理，设计出了能精确测量两点间距离的超声波测距仪。该测距仪主要由超声波发射器电路、超声波接收器电路、单片机控制电路、环境温度检测电路及显示电路构成。利用所设计出的超声波测距仪，对不同距离进行了测试，并进行了详尽的误差分析。

[关键词] 超声波测距 单片机 温度传感器

随着社会的发展，人们对距离或长度测量的要求越来越高。超声波测距由于其能进行非接触测量和相对较高的精度，越来越被人们所重视。本设计的超声波测距仪，可以对不同距离进行测试，并可以进行详尽的误差分析。

一、设计原理

超声测距仪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。

二、超声波测距仪设计目标

测量距离: 5米的范围之内;通过LED能够正确显示出两点间的距离;误差小于5%。

三、数据测量和分析

1.数据测量与分析
由于实际测量工作的局限性，最后在测量中选取了一米以下的30cm、50cm、70cm、80cm、90cm、100cm 六个距离进行测量，每个距离连续测量七次，得出测量数据(温度:29℃),如表所示。从表中的数据可以看出，测量值一般都比实际值要大几厘米，但对于连续测量的准确性还是比较高的。
对所测的每组数据去掉一个最大值和最小值，再求其平均值，用来作为最终的测量数据，最后进行比较分析。这样处理数据也具有一定的科学性和合理性。从表中的数据来看，虽然对超声波进行了温度补偿，但在比较近的距离的测量中其相对误差也比较大。特别是对30cm和50cm的距离测量上，相对误差分别达到了5%和4.8%。但从全部测量结果看，本设计的绝对误差都比较小，也比较稳定。本设计盲区在22.6cm左右，基本满足设计要求。
2.误差分析
测距误差主要来源于以下几个方面：
(1)超声波发射与接收探头与被测点存在一定的角度，这个角度直接影响到测量距离的精确值;(2)超声波回波声强与待测距离的远近有直接关系，所以实际测量时，不一定是第一个回波的过零点触发;(3)由于工具简陋，实际测量距离也有误差。影响测量误差的因素很多，还包括现场环境干扰、时基脉冲频率等等。

四、应用分析

采用超声波测量大气中的地面距离，是近代电子技术发展才获得正式应用的技术，由于超声测距是一种非接触检测技术，不受光线、被测对象颜色等的影响，在较恶劣的环境(如含粉尘)具有一定的适应能力。因此，用途极度广泛。例如:测绘地形图，建造房屋、桥梁、道路、开挖矿山、油井等，利用超声波测量地面距离的方法，是利用光电技术实现的，超声测距仪的优点是:仪器造价比光波测距仪低，省力、操作方便。
超声测距仪在先进的机器人技术上也有应用，把超声波源安装在机器人身上，由它不断向周围发射超声波并且同时接收由障碍物反射回波来确定机器人的自身位置，用它作为传感器控制机器人的电脑等等。由于超声波易于定向发射，方向性好，强度好控制，它的应用价值己被普遍重视。
总之，由以上分析可看出:利用超声波测距，在许多方面有很多优势。因此，本课题的研究是非常有实用和商业价值。

五、结论

本设计的测量距离符合市场要求，测量的盲区也控制在23cm以内。针对市场需求，本设计还可以加大发射功率，让测量的距离更加的远。在显示方面，也可以对程序做适当改动，使开始发射超声波时LED显示出温度值，到超声波回波接收到以后通过计算得出距离值时，LED自动切换显示距离值，这样在视觉效果上得到更加直观的了解。

参考文献:

[1]孙涵芳徐爱卿:MCS一51／96系列单片机原理及应用(修订版)[M].北京：北京航空航天大学出版社.2002.46-170
[2]金篆芷王明时:现代传感器技术[M].电子工业出版社.1995.331—335
[3]孙涵芳徐爱卿:MCS一51／96系列单片机原理及应用(修订版)[M].北京:北京航空航天大学出版社.2002.46-170
[4]路锦正王建勤杨绍国赵珂赵太飞:超声波测距仪的设计[J].传感器技术.2002

仅供参考，请自借鉴

希望对您有帮助

⑵ 超声波测距时间差测量原理

超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（timeofflight）。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间t，再乘以超声波的速度v就得到二倍的声源与障碍物之间的距离S 。公式如下：
S=VT
S（m）为计算出的距离，t（s）为测的时间。
为了减小温度对测量结果的影响，实时测量空气温度并修正超声波波速。
V=331.5+0.607T 其中 （m/s）为矫正后的声速，T（℃）为实时温度

其次 单片机要设定计数器，进行计数，统计时间

⑶ 超声波测距传感器的原理是什么

1. 超声波发生器

为了研究和利用超声波，人们设计和制造了许多超声波发生器。一般来说，超声波发生器可以分为两类:一类是电产生超声波，另一类是机械产生超声波。电方法有压电、磁致伸缩、电等;机械方法有高尔通笛、水笛、气笛。它们产生的超声波的频率、功率、声波特性不同，所以它们的用途也不同。目前，比较常用的是压电式超声波发生器。

2. 压电超声发生器原理

压电超声波发生器实际上是利用压电晶体的共振来工作。超声发生器内部结构有两个压电晶片和一个谐振板。当脉冲信号作用于压电晶片的两极，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将产生共振，并驱动谐振板振动，产生超声波。反之，如果两电极之间不加电压，当共振板接收到超声波时，就会压压电片振动，将机械能转化为电信号，从而成为超声波接收器。

3.超声波测距原理

超声波发射器按一定方向发射超声波，并与发射时间同时计时。超声波在空气中传播，在途中遇到障碍物后立即返回。超声波接收器接收到反射波后立即停止计时。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，可以计算出发射点到障碍物的距离s，即s=340t/2。这就是所谓的时差测距法。

超声波测距的原理是使用空气中超声波的传播速度是已知的,测量时间当声波遇到障碍物后反射传播,并计算实际距离的传送点障碍基于发射和接收之间的时间差异。由此可见，超声波测距原理与雷达测距原理是相同的。

测距公式表示为:L=C×T

式中，L为测量的距离长度;C为超声波在空气中的传播速度;T为测量距离传播的时间差(T为发射到接收时间值的一半)。

超声波测距主要用于倒车提醒、建筑工地、工业工地等场所的距离测量。目前距离测量范围虽然可以达到100米，但测量精度只能达到厘米量级。

超声波具有定向发射容易、方向性好、强度易于控制、不与被测物体直接接触等优点，是一种理想的液体高度测量方法。在精密的液位测量中需要达到毫米级的测量精度，但目前国内超声波测距专用集成电路只有厘米级的测量精度。

⑷ 基于单片机的超声测距.

超声波的软件设计采用模块化的设计方法，实现用两种方式测量距离，一是，运用手动的方式，每按一次键进行一次测量，按键采用外部中断INT0,每中断一次，经一定时间的去干扰延时后，调用超声波发射函数，发射超声波，再利用单片机T0的捕获功能，捕获反射回来的超声波，然后计算出从发射到返回的时。

二是，运用自动的模式，利用INT1进入自动模式，进入自动模式后，由单片机的T2控制超声波每经过1s左右发射一次，及时地显示反射物体的距离。

超声波测距，可以利用以下的算法：

S=V*t

其中：S是测量的距离，V是声速，t是超声波走过的时间。这种算法受环境温度的影响很大，愿因是在不同的环境温度下，超声波的速度受温度的影响。所以，在这次的设计中没有采用种方法。这里采用的是比例测量的方法。即，在测量之前先进行校准。校准是利用测量标准1米对应的时间t1作为比例值，然后，用测量的时间tx与之相比，得出测量的距离，。即有：S=tx/t1经试验测得这种测量准确性良好。

方案很多，其一见图：

器件见图。

⑸ 单片机测距如何实现

单片机测距离，分为超声波激光测距：基本上是通过激光的发送与接收的时间差来算出距离的。这就要求系统输出一个驱动发光管的电流脉冲，驱动LED发出激光脉冲。然后等待反射回来的光脉冲关闭计时电路。再根据计时的数值，算出距离。激光测距（超声测距类同）：基本上是通过激光的发送与接收的时间差来算出距离的。这就要求系统输出一个驱动发光管的电流脉冲，驱动LED发出激光脉冲。然后等待反射回来的光脉冲关闭计时电路。再根据计时的数值，算出距离。

⑹ 用51单片机实现超声波测距怎样才可以测到4m

输出用并联门电路驱动，如CD4069，以增大输出电流。
接收采用低噪声运放，如NE5532，放大1000倍。
采用接收，发射分开的探头
超声波测距系统的软件设计，由于超声发射传感器与超声接收传感器相隔很近，当发射超声波时，接收传感器会收到很强的干扰信号。为防止系统的误测，在软件上采用延迟接收技术，来提高系统的抗干扰能力。一旦按下起始键，即发送发射超声波的指令，同时单片机控制系统开始执行程序，完成对温度的采样、滤波，然后获得发送、接收超声波的时间间隔，最后计算出距离值。
（1） 接收放大电路，可加入带通滤波或锁相放大（LM567）以尽可能减少干扰信号引起误触发，另外为防止发射信号直接进入接收端所以设置一定的延时。锁相应用电路，调整在40KHZ上，但要考虑加入后对接收处理的延时，用软件调整。
另一方面可采用自动增益补偿技术,随着时间的增加, AGC的放大倍数呈指数规律变化,从而保证了超声波接收器波形的幅值不随测量距离的变化而大幅变化,使得每次在同一个波头触发计时电路,提高了系统测量准确度。电路可以采用如下图所示或者采用单片AD603实现，在这里不具体讨论。
（2）发射驱动电路，为放大驱动脉冲可以再加入一级三极管放大电路，三极管要选用高频的如9018以减少放大后波形的失真；另一方面还可以根据超声波发生器的特点合理设计阻抗匹配，功放效率和机电转换效率；为此可采用脉冲变压器，脉冲变压器是超声换能器驱动电路中最重要的器件，它的用途是升高脉冲电压信号，并使功率放大器的输出阻抗与换能器的负载阻抗匹配。一般脉冲变压器以变压器的功率、原副边电压信号的幅值确定变压器的尺寸和变比；而超声换能器驱动用变压器则主要以功率和原副边电感及阻抗匹配确定变压器的尺寸和变比。缺点是制作和测量都比较麻烦。在大量程应用场合还可以应用电容瞬间放电或电感瞬间放电产生高压激励脉冲。
（3）其它可改善的地方，可采用超声波测距专用芯片SB5027；也可以采用LM1812N单片超声波收发集成电路。

⑺ 关于用单片机控制超声波测距模块的问题

这可能是你的超消贺改声波模块设计就如此.
模块在发射超声波时输出高电平，在接收到反射信号后，将输出复位成低电平。这个高电平时间就是超声波在某块与障碍物之间往返一次所需的时间。

当无障碍物时，高电平会无限期延续下去，这样就无法启动下一个超声波发送，必须在经过一个特定的时间后，强制复位。这个时间也拿判就决定了这个模块的最大检测距离。

超声波脉冲有一定宽度，当超声波在模块与障碍物之间来回一次所需时间小于脉冲宽度，反射信号与发射信号重叠，某块也无法识拍档别。超声波的脉冲宽度决定了最小探测距离。