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。
超声波测距原理
超声波测距原理超声波测距是利用超声波在空气中传播的特性来测量距离的一种技术。
它通常被应用在工业自动化、智能车辆、无人机等领域，具有测距精度高、反射面要求低、不受光照影响等优点。
超声波测距的原理基于声波在空气中的传播速度恒定的特性，通过测量超声波的发射和接收时间来计算距离。
首先，超声波传感器会发射一束超声波脉冲，这个脉冲会在空气中以声速传播。
当这个脉冲遇到一个物体时，部分声波能量会被物体反射回传感器。
传感器会立即切换成接收模式，开始接收反射回来的超声波。
通过测量发射和接收超声波的时间差，可以计算出物体与传感器之间的距离。
超声波测距的原理可以用以下公式表示，距离 = 时间差×声速 / 2。
其中，时间差是发射和接收超声波的时间间隔，声速是超声波在空气中传播的速度。
由于超声波在空气中的传播速度大约为340m/s，因此可以通过测量时间差来计算出物体与传感器之间的距离。
超声波测距的精度受到多种因素的影响，其中包括超声波传感器的发射频率、接收灵敏度、环境温度、声波反射面的性质等。
发射频率越高，测距精度越高，但穿透能力越弱；而接收灵敏度则决定了传感器对反射回来的超声波的捕捉能力。
环境温度的变化会影响声速，从而影响测距的准确性。
此外，反射面的性质也会影响超声波的反射情况，不同的材质和形状都会对超声波的反射产生影响。
为了提高超声波测距的精度和稳定性，通常需要对传感器进行校准和滤波处理。
校准可以通过对传感器的发射频率和接收灵敏度进行调整，以及通过环境温度的补偿来提高测距的准确性。
滤波处理则可以通过滤除噪声信号和干扰信号，使测距结果更加稳定可靠。
总的来说，超声波测距原理是利用超声波在空气中传播的特性来测量距离的一种技术。
它通过测量超声波的发射和接收时间来计算物体与传感器之间的距离，具有测距精度高、反射面要求低、不受光照影响等优点。
在实际应用中，需要考虑多种因素对测距精度的影响，并进行相应的校准和滤波处理，以提高测距的准确性和稳定性。
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。
(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。
超声波精确测距的研究
超声波精确测距的研究超声波测距是一种重要的无损检测技术，在工业、医疗和科研等领域具有广泛的应用价值。
随着科学技术的发展，对超声波测距的精度和稳定性的要求也越来越高。
本文将围绕超声波精确测距的研究展开，首先介绍超声波测距的背景和现状，然后提出存在的问题和相应的研究方法，最后分析实验结果并展望未来研究方向。
超声波测距的研究现状超声波测距的方法主要有时间差法、幅值法、频率法和相位法等。
其中，时间差法是最常用的方法，其原理是利用超声波传播速度与传播时间的乘积来确定距离。
目前，研究人员已经提出了多种优化时间差法测距的技术，如多普勒频移补偿、回波信号增强、噪声抑制等。
问题提出尽管现有的超声波测距方法已经取得了一定的成果，但仍存在一些问题。
首先，测距精度受到多种因素的影响，如超声波传播速度的变化、检测表面的粗糙度等。
其次，现有的方法在低噪声环境下测距效果较好，但在复杂环境下，如存在多径效应、衰减效应等时，测距精度和稳定性会受到较大影响。
因此，如何提高超声波测距的精度和稳定性是亟待解决的问题。
研究方法为了解决上述问题，本文采用了以下研究方法：1、实验设计：设计不同距离、不同材料的超声波测距实验，以模拟实际应用中的各种情况。
2、数据采集和处理：利用高精度数据采集卡和信号处理软件，获取超声波回波信号，并进行信号增强、噪声抑制等处理。
3、误差分析：通过对实验数据的分析，找出影响测距精度的主要因素，并对其进行误差分析。
实验结果与分析实验结果表明，超声波测距的精度和稳定性得到了显著提高。
在近场区域内，测距误差小于1%，稳定性良好；在远场区域内，测距误差略高，但仍在可接受范围内。
通过对实验数据的分析，发现超声波传播速度的波动和检测表面粗糙度是影响测距精度的主要因素。
在复杂环境下，本文所采用的方法具有较好的鲁棒性和抗干扰能力。
结论与展望本文通过对超声波精确测距的研究，提出了一种有效的优化方法，提高了测距精度和稳定性。
然而，仍存在一些局限性，如对复杂环境的适应能力有待进一步提高。
超声波测距实验报告
超声波测距模块工作原理
超声波发射器发射 一组超声波脉冲
脉冲遇到物体后反 射回来
超声波接收器接收 反射回来的脉冲
通过计算发射和接 收脉冲之间的时间 差，得到物体与传 感器之间的距离
编写Arduino程序，控制 超声波传感器发送和接收 信号
连接Arduino板与电脑， 上传程序并运行
调整超声波传感器的角度 和位置，确保测量距离准 确
开始测量
准备超声波传感器和Arduino板 连接超声波传感器和Arduino板 编写程序，设置触发和接收引脚 启动Arduino板，开始测量距离
数据记录和处理
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
拓展应用场景：将超声波测距技术 应用于更多领域，如自动驾驶、智 能机器人等。
降低成本：通过优化设计和生产工艺， 降低超声波传感器和测距系统的成本， 使其更广泛地应用于各种领域。
感谢您的观看
汇报人：XX
实验步骤
准备实验器材
超声波传感器 添加标题
连接线 添加标题
添加标题 Arduino开发板
添加标题 面包板
跳线 添加标题
测量工具 添加标题
添加标题 电脑和软件
添加标题 实验环境
搭建实验装置
准备超声波传感器、 Arduino板、面包板、跳 线等材料
连接超声波传感器与 Arduino板的引脚
连接Arduino板与面包板 的引脚
学会使用超声波传感器进行距离测 量
学会分析实验数据，得出结论
掌握数据处理和分析技巧
学习如何使用超声波传感器进行距 离测量
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编码：
山东省第二届大学生物理科技创新大赛
作品申报书
作品名称：超声波测距
学校全称：
申报者姓名：
指导教师：
类别：
□实验方法研究（A类）
□自制实验教学仪器（B类）
■物理量智能化测量技术（C类）
□实验模拟与仿真（D类）
山东省第二届大学生物理科技创新大赛组委会制
2010年3月
说明
1．申报者应在认真阅读此说明各项内容后按要求如实填写。
2．编码由大赛组委会统一填写。
3．作品的研究报告必须用中文撰写，并附于申报书后，一般不应少于2000字。
4．作品申报书必须按规定时间由各校统一将电子稿件发到大赛组委会E-MAIL邮箱，或者直接送到大赛组委会。
5．竞赛组委会地址：青岛市经济技术开发区前湾港路579号
山东科技大学物理实验中心
邮编：
E-MAIL:
联系人：
联系电话：
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申报者情况
申报者情况
姓名性别
出生
年月
学校全称专业
现学历年级学制通讯地址联系电话
合
作
者
情
况
姓名性别年龄学历所在单位
指导教师情况和意见指导教
师情况
姓名性别年龄职称
单位联系电话
对作品
的真实
性以及
作品的
意义、
水平等
评价
该作品为我校等三名同学在老师的耐心指导下，利用课余时间研制而成。
采用单片机为主控，显示部分用了1602液晶显示模块，电源
采用6v碳性电池。
通过超声波模块反馈回来的时间差，算出待测距离。
另外，用到了一块DS18B20温度采集芯片，实现测量实时温度的目的。
所有的信息，集中显示在12232液晶屏上，功能之间的切换用按键来
实现。
作品设计灵感来源于实际生活的需要，实用性较强，在生活中
有着广泛的应用。
申报者所在
学院审核意
见
年月日
申报作品情况（由申报者本人填写）
作品全称超声波测距展示形式及
实物尺寸
□软件；■实物及
尺寸：15cm*8cm*3cm
作品设计的目的和基本思路（相关资料作为附件，例如研究报告、实验数据、外观图、鉴定证书和应用证书等）
本作品最主要的功能是实现利用超声波实现距离的测量。
另外，在人性化设计方面，本作品添加了实时温度测量并显示的功能。
本作品操作界面友好，夜间能够背光显示，还能能够利用按键实现功能之间的切换，方便实用。
还有，作品的头部带有一激光发射头，能助人快速的定位被测物体。
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：
从式(1)可知，只要知道超声波在空气中的传播速度c，则测出传播声时t就可求出传感器到目标物体的距离d。
作品的创新点、技术难点和实际应用情况
创新点：本作品做工精致，设计合理，功能齐全，操作方便。
作品利用电池供电，可方便携带。
头部设有激光发射头，能准确定位被测物体。
附加的温度检测功能，也为生活提供了很大的方便实际应用：作品已经在实际中多次的使用过了，性能表现的得较为优越，无任何故障产生。
其他说明
评审委员会意见组委
会秘书处资格审查□通过审查□未通过审查
审查人（签名）
年月日
评审小组成绩小组内排名：
得分：
组长（签名）
年月日
评审会终审建议□特等奖□一等奖
□二等奖□三等奖
□未获奖
主任（签名）
年月日
超声波测距仪
一、方案论证
方案一：接收经运放放大后，由音频锁相环芯片LM567来接收40KHZ的信号从而产生高低电平发送给单片机，由单片机进行处理计算出距离。
优点:LM567的接收频率调节范围大，应用灵活。
缺点：结构比较复杂，容易使电路不稳定。
方案二：接收信号直接输入CX20106芯片，由其产生的低电平直接送给单片机。
优点：电路简单，CX20106具有很高的稳定性。
通过以上比较，决定采用方案二。
二、系统组成与工作原理
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：
从式(1)可知，只要知道超声波在空气中的传播速度c，则测出传播声时t就可求出传感器到目标物体的距离d。
本测距仪采用STC89C52作为主控芯片，用555芯片发射40KHZ的方波，由CX20106接收。
用12232液晶屏显示。
1硬件电路设计
2.、软件流程
N
Y
N
结束
初始化
开始
发射，关中断，T0，T1，计时
延时，开INT0中断
查表设置 增益倍数
调用计算子程序
调用显示子程序
存储数值
调用测温子程序，补偿声速
T1有溢出？
Y
有INT0中断标志？
停止T0计时。