超声波测距调试与仿真
超声测距模块实验报告
一、实验目的1. 理解超声波测距的基本原理。
2. 掌握超声波测距模块的硬件连接与软件编程。
3. 学习使用超声波测距模块进行距离测量。
4. 了解超声波测距在实际应用中的优势与局限性。
二、实验原理超声波测距是利用超声波在介质中传播的速度和距离之间的关系来测量距离的一种方法。
当超声波发射器发出超声波时，它会遇到障碍物并反射回来。
通过测量发射和接收超声波之间的时间差，可以计算出障碍物与发射器之间的距离。
超声波在空气中的传播速度大约为340m/s。
设超声波发射器与接收器之间的距离为d，超声波从发射器传播到障碍物并返回所需的时间为t，则有：\[ d = \frac{v \times t}{2} \]其中，v为超声波在空气中的传播速度，t为超声波往返所需的时间。
三、实验设备1. 超声波测距模块HC-SR042. STM32单片机开发板3. 调试工具4. 电源5. 导线四、实验步骤1. 硬件连接（1）将超声波测距模块的VCC、GND、TRIG和ECHO引脚分别连接到STM32单片机的3.3V、GND、GPIO和中断引脚。
（2）将STM32单片机的电源和地连接到实验平台的电源。
2. 软件编程（1）编写STM32单片机的程序，用于控制超声波测距模块。
（2）程序主要包含以下功能：- 初始化GPIO和中断引脚；- 发送触发信号；- 读取回响信号；- 计算距离；- 显示距离。
（3）使用HAL库函数实现上述功能。
3. 调试与测试（1）将程序烧录到STM32单片机中。
（2）使用调试工具检查程序运行情况。
（3）调整超声波测距模块的位置，测试不同距离下的测量结果。
五、实验结果与分析1. 实验数据通过实验，得到以下数据：| 距离（cm） | 测量值（cm） || :--------: | :--------: || 10 | 9.8 || 20 | 19.7 || 30 | 29.6 || 40 | 39.5 || 50 | 49.4 |2. 数据分析实验结果表明，超声波测距模块的测量精度较高，误差在±1cm以内。
超声波测距实验方法与精度控制
超声波测距实验方法与精度控制超声波测距是一种常见的测量距离的方法，它利用超声波在空气中传播的特性来测量目标物体与测量设备之间的距离。
在这篇文章中，我们将探讨一些常见的超声波测距实验方法以及如何控制测量的精度。
首先，让我们了解一下超声波测距的基本原理。
超声波是一种高频声波，其频率通常在20kHz至100kHz之间。
超声波在空气中传播的速度约为343米/秒，而且能够在相对较远的距离内传播。
当超声波遇到目标物体时，一部分声波会被反射回来，并被接收器接收到。
根据超声波的传播时间和传播速度，我们可以计算出目标物体与测量设备之间的距离。
一种常见的超声波测距实验方法是使用超声波传感器。
这种传感器通常由一个发射器和一个接收器组成。
发射器将超声波发送出去，然后接收器接收到反射的声波。
通过测量超声波的传播时间，我们可以计算出目标物体与传感器之间的距离。
这种方法可以广泛应用于自动测距和避障系统中。
为了保证测量的精度，我们需要注意几个因素。
首先是超声波的传播速度。
理想情况下，超声波在空气中的传播速度是恒定的，但实际上会受到温度、湿度等环境因素的影响。
在实验中，我们可以通过校准传感器来调整超声波的传播速度，以提高测量的准确性。
另一个影响测量精度的因素是信号的干扰。
超声波测距设备通常会受到外部噪声的影响，如其他电子设备的干扰或者周围环境的声波干扰。
为了减小信号干扰，我们可以使用滤波器来滤除高频或低频噪声，使得接收到的信号更加清晰。
此外，超声波测距还受到目标物体的形状和材质的影响。
不同形状和材质的物体对超声波的反射和吸收情况有所不同，这会影响测量的精度。
在实验中，我们可以通过测量不同形状和材质的物体来研究这种影响，并进行相应的修正。
在进行超声波测距实验时，我们还需要注意测量的范围。
超声波的传播距离是有限的，而且会随着距离的增加而衰减。
因此，在选择超声波测距设备时，我们需要根据实际需求确定测量范围，并选择适合的设备。
此外，为了提高测量精度，我们还可以使用多个传感器进行测量，并取其平均值来进行校正。
超声波测距仪发送接收整套调试
第三节．物位仪发送接收整套程序物位仪最终的目的就是要测量到与物位的距离。
发送接收的软件设计主要由超声波发送程序、超声波接收中断程序、运算程序和显示程序组成。
通过单片机89C52发送矩形波信号，在低电平时候触发换能器，同时打开计数器1，在高电平时候停止发送，给负责接收的锁相环留出时间进行捕捉频率。
在程序设计前还要进行盲区的设置，因为在换能器刚发出频率信号后，由于共振，我们要避免超声波从发射刚开始就传送到接收引起直射波信号，我们需要延时大概4000us到12000us，这个就是我们所说的要设置盲区。
在盲区之后，才打开电子控制开关G4，频率信号进入锁相环LM567，输出端8脚由高电平跃变为低电平,作为中断请求信号,响应中断请求信号后,触发外部中断1进行信号的接收，一旦接收到信号，计数器1立即停止，通过算法子程序将数据进行Ｓ＝１/２ＣＴ的计算后，送到4094驱动数码管显示出测得的结果。
如果计数器溢出还，并不断发送矩形脉冲。
直到距离在量程没有收到回波信号，则将关闭计数器T1以内才行。
发送接收程序的流程图如图6.4所示图6.4实际测量举例:当我们测量1米83距离时候，通过Medwin2.39调试出的特殊功能寄存器和数据区的数据记录如下面两幅图可以看到。
从图6.5可以看出，在外部中断1接收到回波后，计数器1就停止计数了。
这样，可以求得TH1里面的数据是2A，而TL1中的数据是90，我们根据数据计算：902=+⨯2=A66FFAμ10854s()ms=⨯10854米÷.1/8317.01000图6.5从图6.6数据存储器中可以看到，20H单元存放的是T—CLK、GAIN4里面数据，即00000101，所以20H里面是05H，而50H、51H分别存放TL1、TH1的值，40H、41H、42H、43H里面就是存放数码管显示的数据，通过4094移位功能，最后显示在数码管上的结果就是183，单位是厘米，如果有四个数码管，理论上，最大可以测到99米距离，计数器1能计算的最大距离大约是10米，所以，显示是足够的。
超声波测距仪的设计与调试-接收部分PPT培训课件
如何实现高精度的测距，以及在多障碍物环境下如何准确判断障碍物的 位置和距离。
实际应用案例二
案例名称
机器人避障系统
描述
在机器人避障系统中，通过安装超声波测距仪，机器人能够实时感 知周围环境，检测障碍物的距离，自动调整行进路线，实现自主避 障。
技术难点
如何处理复杂环境下的噪声干扰，以及如何提高测距的实时性和准确 性。
接收部分的软件设计
数据采集
编写软件程序，通过ADC （模数转换器）实时采集 接收到的超声波信号数据。
信号处理算法
根据实际情况，设计适当 的信号处理算法，如滤波、 去噪、特征提取等，以提 高测距精度。
数据输出
将处理后的数据输出到显 示界面或通过串口发送到 上位机进行进一步处理。
03 超声波测距仪接收部分调 试
实际应用案例三
案例名称
管道检测系统
描述
在管道检测系统中，通过将超声波测距仪搭载在管道检测 设备上，能够实时检测管道内部的状况，如管道的腐蚀程 度、堵塞情况等。
技术难点
如何克服管道内部的复杂环境，如液体、气体等对超声波 传播的影响，以及如何提高测距的精度和稳定性。
THANKS FOR WATCHING
此外，随着物联网和智能传感器技术的发展，超声波测距仪 在智能家居、智能安防等领域的应用也越来越广泛。
超声波测距仪的发展趋势
未来，随着材料科学、微电子技术和算法的进步，超声波测距仪将朝着 更小、更轻、更准确的方向发展。
新型材料和制造工艺的应用将有助于减小测距仪的体积和重量，提高其 便携性和灵活性。同时，随着算法的改进和数据处理能力的提升，超声
等措施。
测量误差大
总结词
测量误差大是超声波测距仪常见的问 题之一，表现为测量结果与实际距离 存在较大偏差。
14超声波测距仪的设计与调试——系统联调
超声波测距仪的设计与调试——系统联调
当A点（IC5的反相端）过来的脉冲信号电压高于0.4V时， B点电压将由高电平"1"到低电平"0"。同时注意到在IC5的同相 端接有电容C11和二极管D3，这是用来防止误检测而设置的。 在实际测量时，在测距仪的周围会有部分发出的超声波直接进 入接收头而形成误检测。为避免这种情况发生，这里用D3直 接引入检测脉冲来适当提高IC5比较器的门限转换电压，并且 这个电压由C11保持一段时间，这样在超声波发射器发出检测 脉冲时，由于D3的作用使IC5的门限转换电压也随之被提高， 并且由于C11的放电保持作用，可防止这时由于检测脉冲自身 的干扰而形成的误检测。由以上可知，当测量距离小到一定程 度时，由于D3及C11的防误检测作用，其近距离测量会受到影 响。图示参数的最小测量距离在40cm左右。减小C11的容量， 在环境温度为20 时可做到30cm测量最短距离。此时其放电时 间为1.75ms。
超声波测距仪的设计与调试——系统联调
C21用于控制显示部 分的刷新频率，当 C21为1000pF时，刷 新频率为1100Hz， 由U9、LED1-LED3、 TR1－TR3组成显示 电路。
超声波测距仪的设计与调试——系统联调
四、调试
1、调整发射接收电路
把IC1从插座上拔下，并短接IC1插座的1和3脚，这时
超声波测距仪的设计与调试——系统联调
MC14553
超声波测距仪的设计与调试——系统联调
三、超声波测距仪工作原理
IC5、U6、U7、U8、U9组成信号比较、测量、计数和显 示电路，即比较和测量从发出的检测脉冲和该脉冲被反射回来 的时间差。下面分析其工作原理。
R12
R13
Control
超声波测距仿真流程
超声波测距仿真流程1.引言1.1 概述概述部分的内容可以描述超声波测距的背景和重要性，以及本文将要介绍的超声波测距仿真流程。
首先，超声波测距是一种常用的非接触式距离测量技术，通过利用超声波在空气中传播的特性来测量目标物体与传感器之间的距离。
超声波测距技术广泛应用于工业、医疗和安防等领域，因其测量精度高、响应速度快、无辐射等优势而备受关注。
本文将重点介绍超声波测距仿真流程，通过利用计算机模拟的方法，在虚拟环境中模拟超声波的传播和接收过程，并根据物体与传感器的距离推算出相应的测量结果。
通过仿真可以帮助研究人员深入理解超声波测距的原理和技术，并为实际应用提供参考和指导。
接下来的章节将详细介绍超声波测距的原理和仿真方法。
首先，我们将介绍超声波测距的基本原理，包括超声波的产生、传播和接收过程，以及如何根据测量结果计算目标物体与传感器之间的距离。
然后，我们将详细阐述超声波测距仿真的方法，包括建立虚拟环境、选择合适的仿真模型和参数设置等，以及如何通过仿真得到准确的测量结果。
在结论部分，我们将对本文进行总结，并展望超声波测距仿真技术的未来发展方向。
超声波测距仿真技术具有广阔的应用前景，可用于产品设计验证、算法优化和系统性能评估等方面，在实际应用中发挥重要作用。
我们希望本文能够为读者提供一种深入了解超声波测距原理和仿真流程的方法，促进超声波测距技术的研究和应用。
1.2文章结构文章结构部分内容示例：1.2 文章结构本文主要从超声波测距的原理和仿真方法两个方面展开讲解。
首先会对超声波测距的概念和应用进行概述，介绍其在工业、医疗、安防等领域的重要性和广泛应用。
然后，文章会详细阐述超声波测距的原理，包括超声波的发射和接收机制，以及相关的物理特性，为后续的仿真建模做好理论准备。
接下来，将重点探讨超声波测距的仿真方法。
我们将介绍不同种类的超声波传感器模型，如时域模型和频域模型，并对它们的优缺点进行分析和比较。
同时，还会介绍一些常用的仿真软件和工具，如MATLAB和COMSOL Multiphysics，用于实现超声波测距仿真模型的搭建和分析。
1.4超声波测距仪的设计与调试——系统联调
波探头朝向一面墙，使发出的超声波返回而被接受器检测
到，同时用示波器检测IC4的1脚信号，慢慢调节VR1，使 IC4的1脚输出信号最大。 断开IC1插座的1和3脚短接线并
插上IC1，此时再用示波器监视IC4的1脚信号，应能看到超
声波脉冲串。
2、调整误检测电路
通常该部分电路不需要调整，但如果发现测量几米外 的物体，电路始终显示为0.40，这表明该仪器受到自身发出 的检测脉冲干扰。这时我们需检查或稍许增多C11的容量。 下图中第1条线测得于U6的第1脚（Control信号），第2条线 测得于IC5的3脚（比较器同相端输入信号），第3条线测得 于IC4的1脚（放大后的发射信号），第4条线测得于IC6的 10脚（RS触发器输出信号）。
3、调节计数电路脉冲频率
让电路板垂直于墙面1m处，调节R29、R30使显示1.00，但 在环境温度改变时，一般需再次调节R30，校准测距仪。
4、关于短距离的测量
当我们将测距仪逐渐靠近被测物体，最终读数显示在34cm 左右。因为这个电路C11取值为0.1uF，由于防误检测电路的保 护作用，所以最小测试距离限制为34cm左右，如要进一步缩短 测试距离，由前面分析可知，我们必须让发出的测试脉冲宽度 更窄，同时减小防误检测电路C11的容量。但由于超声波发射 器的输出功率有限，如果缩短测试脉冲时间，意味着减小了测 试脉冲的输出功率，在测试距离增加时，会使反射回来的信号 很弱，造成仪器在长距离测量时受到影响。
发射信号
思考：为了提高最小检测距 反射信号 离，可以采用哪些方法？
引入控制信号后 的比较电压信号
提高检测电平防止非反射信 号导致的误检测
检测出正常反射信号
U6组成R-S触发器构成时间测量电路。可以看出，在发 出检测脉冲时（A端为高电平），D端输出高电平，当收到反 射回来的检测脉冲时，C端由高变低，此时D端变为低电平， 故输出端D的高电平时间即为测试脉冲往返时间。
超声波测距系统一个仿真研究
论文1：超声波测距系统一个仿真研究Sanda-Ioana MORAR, Amar AGGOUN, Mircea-David MORAR德蒙福特大学计算机科学与工程系电话+44 (0)116 255 1551，传真+44 (0)257 7692，邮箱：aggoun@, mis@. mdmorar@摘要：这篇论文的目的是建立和开发一个仿真超声波测距系统的软件包，用这种方式数据可以嵌入到一个光学扫描系统。
为了实现目标将对以下几个方面进行探讨。
首先是超声波传感器的塑造。
超声波传感器的一个新模型已经开发出来了。
根据传感器的滤波和阻尼性能对其进行分解。
传播介质的模型和不同目标也被嵌入到这个仿真系统中。
这个测距系统是用这个提出的模型进行仿真的。
仿真的结果将会和实验测量的结果比较，然后进行讨论。
关键字：超声波测距，光学扫描，超声波传感器模型1,.介绍现在超声波测距是一个用于测量离目标的距离的很常见的技术。
产生的距离可以用于光学扫描系统，记录的数据转换成初始目标的准确测量。
那是一种探讨较少的研究领域，从军事到保健系统有不同的应用。
制作超声波测量系统应用最广泛的方法是Pellam和Galt在1946年提出的超声波脉冲回波法【1】。
进一步说，超声波测距系统可能会融入光学扫描系统。
对诸如人体这样目标的准确测量时非常重要的【2】。
还有其它光学扫描方法-如红外线-但是相对于超声波系统昂贵许多而且很难达到。
一个对于那些超声波系统的电脑仿真-测距或者扫描-会带来无可置疑的优势，如允许在实验室为一个具体问题建立一个模型或减少实验费用。
这会激起我们目前在这个工作里的兴趣。
这篇论文开始是关于脉冲回波法和飞行法的简要介绍。
一项关于已经存在的超声波传感器的调查被覆盖了。
论文的第二部分将介绍所推荐的仿真模型。
仿真和实验结果会进行讨论。
2.背景2.1 脉冲回波法在一个脉冲回波实验里，一个电动脉冲应用于一个超声波传感器。
超声波传感器将这个电信号转变成一个声波。
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接收模块的调试不太容易，因为不知道什么时候可以接收到波，所以我在程序中有设置设置了若接收到波数码管的显示不为“0000” ；通过TCT40-10S1还还可以判断，若接收到波后，TCT40-10S1的高电平脚变为低电平。为了能更
好的发射和检测到波，我设置了两组超声波换能器，发射都是从P1.0脚出来，都由P3.2进行采样接收。
6Байду номын сангаас
6.1
Proteus是一款功能强大的软件，其ISIS用来做仿真十分方便，尤其是单片机系统的仿真，我们在本设计的开发初期，用Proteus来仿真我们的设计，以便验证我们的设计，对设计的正确性做出分析。
因为在proteus软件中没有超声波传感器之类的元件，发射和接收的信号可以用信号发生器发出的类似信号进行仿真。本次仿真与实际电路现象有所出入，所以仅供参考；
（1）显示电路的调试
对显示电路的调试主要是调试程序所写的和数码管的显示是否一致，若不一致就对数码管的高低位显示做调整。首先调试显示电路主要是为了方便后面的调试
（2）发射模块调试
上电后，在单片机P1.0脚处用示波器检测是否有波发出，然后再在超声波换能器TCT40-10F1连接处检测发出的波的状况；TCT40-10F1的连接要注意引脚的高低电平。
图6-2发射波形
图6-3接收波形
（4）测温模快调试
因为测温模块是由DS18B20智能温度传感器完成的。通过对程序的分析，认为flag=~DQ;语句会使while(flag)陷入死循环，故将其改为flag=DQ;，但是程序结果一直不理想。通过对DS18B20的初始化时序的分析，如果初始化成功则在60 us时间内产生一个由DS18B20向单片机返回的一个低电平“0”；这个状态确定DS18B20已经在总线上并且已准备好操作。将语句改回flag=~DQ;，再次试验，则达到比较满意的结果。
在proteus软件里用“激励源”里的“SINE”作为超声波发射信号，设置如下图6-1所示：
图6-1 超声波模拟发射信号设置
用“虚拟仪器”里的简易示波器来接收正弦波进行观察；下面的“虚拟示波器”中，蓝色的波是模拟超声波发射的正弦波，黄色的波是接收到的波。
6.2电路调试
首先对单片机最小系统进行检测，看单片机是否正常工作；比如晶振是否起振，复位电路时候能对单片机进行复位。在这些都正常后就可以对原理图中的各个模块进行调试。