超声波测距
超声波测距的原理
超声波测距的原理超声波测距是一种智能测距技术，它利用声速的不同以及发射接收信号的时间差，来计算距离的测量技术。
1.原理超声波测距的原理是通过发射声波，测量声波传播的时间来计算距离。
根据声波在介质中的传播速度，计算出发射点至接收点的距离。
原理公式：距离=声速×时间即：Distance=Speed × Time其中，声速即声波在介质中的传播速度，其值为343m/s；时间即发射声波至接收声波的时间，单位为秒（s）。
2.测距方法（1）双抛物线法发射设备发出短促的超声波，声波以某一固定的速度传播，声波开始发射时，传播的距离为零，传播距离随着时间增长而增长，当该声波正好从目标点穿越而去时，应用接收设备接收该声波，利用计算机处理作出声波传播距离的图形，从双抛物线拟合计算出测量值。
（2）回波法发射设备发出一次超声波信号，当发射的超声波信号到达目标物时，目标物会把超声波信号接收并反射回来，接收设备接收反射的超声波信号，将发射信号及反射信号的时间差作为距离的测量参数进行计算，从而计算出距离的测量值。
回波计算距离的公式：Distance=Time×V/2其中，Time为声波发射到接收的时间差，V为声波在介质空气中的传播速度。
三、超声波测距应用超声波测距技术在智能汽车、工业控制与安全监控、建筑物安全管理等领域有着广泛的应用，其中包括以下几种：（1）智能汽车：超声波测距技术可以帮助智能汽车检测前方障碍物的距离，从而进行安全护栏的移动，同时也能帮助智能汽车检测行驶路线，以便安全驾驶。
（2）工业控制与安全监控：超声波测距技术可以帮助工业设备检测具体物体的距离，从而进行控制和安全监控，保障工业生产的安全运行。
（3）建筑物安全管理：超声波测距技术可以帮助建筑物检测具体的安全距离，从而保障建筑物的安全管理。
四、总结超声波测距是一项智能测距技术，原理是利用声波的传播速度及传播时间差，来计算出两点之间的距离。
超声波测距
2.3 超声波测距原理和方法超声波测距方法从原理上可分为共振式、脉冲反射式[4]两种。
由于共振法的应用要求复杂，一般采用脉冲反射式。
超声波测距原理是通过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（也有发射后开始计时，看各种情况不同运用方式），超声波在空气中传播，碰到障碍物就立即反射回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时（也有在接到最后一个返回波后停止计时，看设计者出发点而定）。
图2-6 超声波测距原理图在已知超声波在空气中的传播速度为V 的前提下，利用：12S VT = （2-1）即可计算得传感器与反射点之间的距离S ，测量距离：22()2hd s =- （2-2）当S>>h 时，则d ≈S ，即根据计时器记录的测出发射与接收回波的时间差T ，就可以计算出发射点距障碍物的距离S ，即：12d VT = （2-3）这就是所谓的时间差测距法。
由于超声波也是一种声波，其声速V 与温度有关，附表列出了几种不同温度下的声速。
在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。
如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿法加以校正。
以下给出声速与温度的关系表2-1：表2-1 声速与温度的关系表温度/℃ -30 -20 -1 声速:m/s3338344350386声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离，这就是超声波测距原理。
在理想状态下的超声波测距原理如图2-7所示：图2-7 理想状态下的超声波测距原理2.4系统涉及的主要参数2.4.1传感器的指向角传感器的指向角是声束半功率点的夹角，是影响测距的一个重要技术参数，记为θ，它直接影响测量的分辨率。
对圆片传感器来说，它的大小与工作波长λ，传感器半径r 有关。
由：（2π/λ）* r *sin （θ/2）=1.615 （2-4）当040f kHz =时，λ=C/0f =8.5mm 。
当0f 选定后，指向角θ近似与传感器半径成反比。
(完整)超声波测距原理及简介
超声波测距原理及简介超声波测距是什么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，因此在移动机器人研制上也得到了广泛的应用。
为了使移动机器人能自动避障行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的距离信息（距离和方向）。
本文所介绍的三方向（前、左、右）超声波测距系统，就是为机器人了解其前方、左侧和右侧的环境而提供一个运动距离信息。
超声波测距原理1、超声波发生器为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器.总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：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。
2、压电式超声波发生器原理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。
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.由此可见,超声波测距原理与雷达原理是一样的。
超声波雷达的测距原理
超声波雷达的测距原理超声波雷达是一种利用高频超声波进行测距的无线电波雷达。
它的原理是利用超声波在空气中的传播速度与距离的关系，通过发射和接收超声波信号来测量距离。
超声波的频率通常在20kHz到200kHz之间，这种频率的声波在空气中传播时，具有较强的穿透力和折射力。
因此，超声波雷达可以穿透一定的障碍物，如烟雾、雾气、沙尘等，进行远距离的测量。
超声波雷达的测距原理主要分为两种：时间测距和频率测距。
一、时间测距时间测距是利用超声波在发射和接收之间传播的时间来计算距离。
超声波发射器向目标发射超声波信号，当信号遇到目标时，会被反射回来，经过接收器接收。
接收器接收到信号后，会将信号转换为电信号，然后计算发射和接收之间的时间差，再根据声波在空气中的传播速度计算出距离。
时间测距的优点是精度高，可以达到毫米级别。
但是，它的缺点是受到环境影响较大，如温度、湿度等因素会影响声波在空气中的传播速度，从而影响测距精度。
二、频率测距频率测距是利用超声波的频率变化来计算距离。
当超声波发射器向目标发射超声波信号时，信号会被目标反射回来，经过接收器接收。
接收器接收到信号后，会将信号转换为电信号，并进行频率分析。
由于声波在空气中传播时会受到多次反射和折射，所以接收到的信号会受到多普勒效应的影响，导致频率发生变化。
根据多普勒效应的原理，可以计算出发射器和目标之间的相对速度，进而计算出距离。
频率测距的优点是受环境影响较小，可以适应多种环境条件。
但是，它的缺点是精度较低，一般只能达到厘米级别。
总的来说，超声波雷达的测距原理是利用超声波在空气中的传播速度与距离的关系，通过发射和接收超声波信号来测量距离。
时间测距和频率测距是两种常用的测距方法，它们各有优缺点，需要根据具体的应用场景选择合适的方法。
超声波测距的应用原理
超声波测距的应用原理1. 介绍超声波测距是一种常见的测量距离的技术，广泛应用于工业自动化、智能家居、机器人等领域。
本文将介绍超声波测距的原理及其在实际应用中的一些案例。
2. 超声波测距原理超声波测距利用声波在空气中传播的特性进行测量。
其原理主要包括发射超声波脉冲、接收超声波反射信号以及计算测距距离三个步骤。
2.1 发射超声波脉冲超声波传感器会发射一个超声波脉冲信号，通常频率在20kHz到200kHz之间。
脉冲信号在空气中传播，并在目标物体上发生反射。
2.2 接收超声波反射信号当超声波脉冲信号被目标物体反射后，超声波传感器会接收到反射信号。
接收到的信号经过放大和滤波处理后，被转换成数字信号。
2.3 计算测距距离根据超声波传感器发送脉冲信号到接收到反射信号的时间间隔，可以计算出测距距离。
测距公式如下：距离 = (声速 × 时间间隔) / 2其中，声速通常使用常数值343m/s，时间间隔以秒为单位。
3. 超声波测距的应用案例3.1 工业自动化超声波测距广泛应用于工业自动化领域，例如在机器人的导航和避障中。
通过使用超声波传感器，机器人可以测量到周围的障碍物距离，从而做出相应的动作或路径调整。
3.2 智能家居超声波测距也被应用于智能家居系统中。
例如，在智能安防系统中，超声波传感器可以检测到入侵者的接近，并触发相应的报警系统。
此外，超声波测距还可以用于智能灯光系统中，自动调节灯光的亮度和发散角度。
3.3 车辆辅助系统超声波测距在车辆辅助系统中也得到了广泛应用。
例如，在倒车雷达系统中，超声波传感器可以探测到车辆后方的障碍物，提供给驾驶员倒车时的参考，并发出警告信号。
3.4 液位测量超声波测距还可以用于液位测量领域。
传感器发射超声波脉冲进入液体，当脉冲到达液体表面后会发生反射，传感器接收到反射信号后可以计算出液位的高度。
4. 总结超声波测距技术通过发射和接收超声波信号来测量目标物体的距离。
它在工业自动化、智能家居、车辆辅助系统以及液位测量等领域有着广泛的应用。
超声波测距
三、软件、硬件设计
3.1纯硬件版测距仪
555单 稳态触 发电路 40KHz 超声波 发生电 路 超声波 驱动电 路
发射器
显示
信号 处理
信号 放大
接收器
电源电路
555单稳态触发电路
由555构成 的单稳态触 发电路为后 续超声波发 生电路提供 触发电平， 由 T=(R6+2*R 4)*C*ln2， 可得： T=28ms。
超声波测距仪
工训中心 唐建祥
要求：
要求能够测量20—200mm的距离，采用 电池供电，尽可能地降低功耗，尽可能 地缩小测距仪的体积，并能够直观地显 示距离信息。
超声波测距仪主要内容
一、前言 二、测量方法 三、硬件、软件设计 四、测量结果
一、前言
测距技术在物位检测、医疗探伤、汽车防撞等民 用、工业领域应用广泛，由于超声波的速度相对 于光速要小的多，其传播时间就比较容易检测， 并且易于定向发射，方向性好，发射强度好控制， 且不受电磁干扰影响，因而利用超声波测距是一 种有效的非接触式测距方法。
距离 mm
40 600 800 1000 1200 1400 1650 1850
实测 mm
407 603 800 992 1193 1396 1657 1856
距离 mm
450 650 850 1050 1250 1500 1700 1900
实测 mm
455 652 843 1044 1245 1497 1702 1906
+5V
R
x
0.1μF
1
R
C
0
6
1
0
K
G
N
G
D
0.1μF
超声波测距(高度定位控制和测量系统)3图俱全
目录摘要 (2)第一章系统总体设计方案 (4)1.1 超声波测距原理 (4)1.2 超声波测距系统 (4)第二章系统的硬件设计 (5)2.1 超声波发生电路 (5)2.2 超声波接收电路 (6)2.3 温度的补偿 (8)2.4 LED动态显示电路 (8)第三章系统软件设计 (9)3.1 主程序结构 (10)3.2 中断程序结构 (11)3.3回波接收程序 (11)第四章误差分析 (12)4.1.时间误差 (12)4.2.超声波传播速度误差 (12)第五章调试 (12)第六章整机原件清单 (13)第七章总结 (13)7.1设计任务完成情况 (13)7.2 心得体会 (14)参考文献 (15)附录一 (16)附录二 (17)附录三 (18)摘要高度定位控制和测量系统也就是我们常说的超声波测距。
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。
而电子技术及压电陶瓷材料的发展，使高度定位控制和测量系统得到了迅速的发展。
超声测距是一种非接触式的检测技术。
与其它方法相比，它不受光线、被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。
因此在液位测量、机械手控制、车辆自动导航、物体识别等有广泛应用。
特别是应用于空气测距，由于空气中波速较慢，其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来，具有很高的分辨率，因而其准确度也较其它方法为高;而且超声波传感器具有结构简单、体积小、信号处理可靠等特点。
关键字：传感器、测距、测量系统、设计、高度定位PICKHighly positioning control and measurement system is also we often say the ultrasonic ranging. Due to the strong, the energy consumption of ultrasonic directivity slowly in the medium of communication, distance, and is often used to measure the distance of ultrasonic, such as rangefinder and material level measurement instrument etc can all through the ultrasonic. And electronic technology and the development of piezoelectric ceramic materials, high positioning control and measuring systems have been developed rapidly.Ultrasonic ranging is a non-contact detection technologies. Compared with other methods, it is light and darkness, the analyte in dust, smoke, electromagnetic interference, toxic etc harsh environments have certain ability to adapt. Therefore, in robot control level measurement, vehicle navigation, automatic object recognition is widely used. Especially the application in the air, the air velocity range due to low, the echo signal along the direction of propagation of contains information on the structure, very easily with high resolution, and its accuracy is higher than other methods for, And the ultrasonic sensor has simple structure, small volume, the characteristic such as being reliable signal processing.Key words: sensor, and measurement system, the design, the high position第一章系统总体设计方案1.1 超声波测距原理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。
测距仪的原理及分类
测距仪的原理及分类测距仪是一种用于测量目标与测距仪之间距离的设备。
它被广泛应用于军事、航空航天、建筑工程等领域，具有高精度、高可靠性和高效率的特点。
1.激光测距原理：激光测距是利用激光束在空间传播速度恒定的特性，通过测量激光束发射和接收的时间差来计算目标与测距仪之间的距离。
激光测距仪具有高精度和长测距范围的特点，广泛应用于地理测量、制图、建筑工程等领域。
2.超声波测距原理：超声波测距是利用超声波在空气中的传播速度约为340m/s的特性，通过测量超声波发射和接收的时间差来计算目标与测距仪之间的距离。
超声波测距仪广泛应用于工业、家用和机器人等领域。
3.电磁波测距原理：电磁波测距是利用电磁波在空间传播的特性，通过测量电磁波发射和接收的时间差来计算目标与测距仪之间的距离。
电磁波测距仪适用于不同频段的电磁波，常见的应用包括雷达、无线通信、航海导航等领域。
测距仪通常分为以下几类：1.激光测距仪：激光测距仪是利用激光测距原理进行测距的设备。
根据测距精度和测距范围的不同，可以分为短距离激光测距仪和远距离激光测距仪。
远距离激光测距仪通常应用于军事和航天领域，具有高精度和长测距范围的特点。
2.超声波测距仪：超声波测距仪是利用超声波测距原理进行测距的设备。
根据测距范围的不同，可以分为短距离超声波测距仪和远距离超声波测距仪。
短距离超声波测距仪通常应用于室内测量和机器人导航等领域，远距离超声波测距仪通常应用于工业和测绘等领域。
3.雷达测距仪：雷达测距仪是利用电磁波测距原理进行测距的设备。
根据测距范围和工作频段的不同，可以分为近距离雷达测距仪和远距离雷达测距仪。
远距离雷达测距仪通常应用于航空航天和海洋导航等领域，具有高精度和长测距范围的特点。
总的来说，测距仪的原理和分类多种多样，不同的测距仪适用于不同的环境和应用领域，具有各自的特点和优势。
随着科技的不断进步，测距仪的精度和测距范围不断提高，将为各个领域的应用提供更加可靠和高效的测量工具。
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超声波测距
超声波测距原理：
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。
采用AT89C51或AT89S51单片机,晶振:12M,单片机用P1.0口输出超声波换能器所需的40K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,显示电路采用简单的4位共阳LED数码
管,断码用74LS244,位码用8550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：
超声波测距专用芯片内部结构及其管脚图：超声波发射电路：
超声波接收电路：
使用CX20106A集成电路对接收探头受到的信号进行放大、滤波。
其总放大增益80db。
以下是CX20106A的引脚注释。
1脚：超声信号输入端，该脚的输入阻抗约为40kΩ。
2脚：该脚与地之间连接RC串联网络，它们是负反馈串联网络的一个组成部分，改变它们的数值能改变前置放大器的增益和频率特性。
增大电阻R1或减小C1,将使负反馈量增大，放大倍数下降，反之则放大倍数增大。
但C1的改变会影响到频率特性，一般在实际使用中不必改动，推荐选用参数为R1=4.7Ω，C1=1μF（R1换成1K 或10K的电位器，根据实际情况细调较好。
）。
3脚：该脚与地之间连接检波电容，电容量大为平均值检波，瞬间相应灵敏度低；若容量小，则为峰值检波，瞬间相应灵敏度高，但
检波输出的脉冲宽度变动大，易造成误动作，推荐参数为3.3μf。
4脚：接地端。
5脚：该脚与电源间接入一个电阻，用以设置带通滤波器的中心频率f0，阻值越大，中心频率越低。
例如，取R=200kΩ时，f0≈42kHz，若取R=220kΩ，则中心频率f0≈38kHz。
6脚：该脚与地之间接一个积分电容，标准值为330pF，如果该电容取得太大，会使探测距离变短。
7脚：遥控命令输出端，它是集电极开路输出方式，因此该引脚必须接上一个上拉电阻到电源端，推荐阻值为22kΩ，没有接受信号是该端输出为高电平，有信号时则产生下降。
8脚：电源正极，4.5～5V。