超声波传感器距离检测
超声波传感器测距原理
超声波传感器测距原理超声波传感器是一种常用的测距装置，它利用超声波在空气中的传播速度来测量距离。
超声波传感器主要由发射器、接收器和控制电路组成。
当发射器发出超声波脉冲时，这些超声波脉冲会在空气中传播，当遇到障碍物时会被反射回来，接收器接收到这些反射波并将其转换为电信号，控制电路再根据接收到的信号来计算出距离。
超声波传感器测距的原理主要是利用超声波在空气中的传播速度来计算出距离。
在空气中，超声波的传播速度大约为340m/s，因此可以通过测量超声波从发射到接收的时间来计算出距离。
当发射器发出超声波脉冲后，经过一段时间后接收器才能接收到反射回来的超声波，根据发射和接收的时间差，可以通过简单的计算得出距离。
超声波传感器测距的原理非常简单，但是在实际应用中需要考虑一些因素。
首先，超声波在空气中的传播速度会受到温度、湿度等环境因素的影响，因此在测距时需要对这些因素进行修正。
其次，超声波在传播过程中会受到障碍物的影响，如果遇到多个障碍物，可能会出现多次反射，这时需要对接收到的信号进行处理，以准确计算出距离。
除了以上因素外，超声波传感器测距还需要考虑到超声波的发射角度和接收角度。
发射器和接收器的位置和角度会影响到超声波的传播路径，因此需要对超声波的传播路径进行精确的控制，以确保测距的准确性。
总的来说，超声波传感器测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度来计算出距离，通过测量超声波的发射和接收时间差来实现测距。
在实际应用中，需要考虑到环境因素、障碍物的影响以及发射接收角度等因素，以确保测距的准确性和稳定性。
超声波传感器在工业自动化、机器人、车辆等领域有着广泛的应用，其测距原理的稳定性和准确性对于实际应用具有重要意义。
超声波传感器及其测距原理
安全避障是移动机器人研究的一个基本问题。
障碍物与机器人之间距离的获得是研究安全避障的前提，超声波传感器以其信息处理简单、价格低廉、硬件容易实现等优点，被广泛用作测距传感器。
本超声波测距系统选用了SensComp公司生产的Polaroid 6500系列超声波距离模块和600系列传感器，微处理器采用了ATMEL公司的AT89C51。
本文对此超声波测距系统进行了详细的分析与介绍。
1、超声波传感器及其测距原理超声波是指频率高于20KHz的机械波[1]。
为了以超声波作为检测手段，必须产生超生波和接收超声波。
完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。
超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。
超声波传感器是利用压电效应[1]的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。
超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（time of flight）[2]。
首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离，即1、硬件电路设计我们设计的超声波测距系统由Polaroid 600系列传感器、Polaroid 6500系列超声波距离模块和AT89C51单片机构成。
2.1 Polaroid 600系列传感器此超声波传感器是集发送与接收一体的一种传感器。
传感器里面有一个圆形的薄片，薄片的材料是塑料，在其正面涂了一层金属薄膜，在其背面有一个铝制的后板。
薄片和后板构成了一个电容器，当给薄片加上频率为49.4kHz、电压为300VAC pk-pk的方波电压时，薄片以同样的频率震动，从而产生频率为49.4kHz的超声波。
当接收回波时，Polaroid 6500内有一个调谐电路，使得只有频率接近49.4kHz的信号才能被接收，而其它频率的信号则被过滤。
超声波测距的原理
超声波测距的原理超声波测距是一种常用的距离测量方法，其原理是利用超声波在空气介质中的传播速度进行测量。
下面将详细介绍超声波测距的原理。
超声波是指频率大于20kHz的声波，其在空气中的传播速度约为343m/s。
超声波测距利用超声波的特性实现距离测量。
超声波测距一般由测距传感器和控制电路两部分组成。
首先，超声波测距传感器发射一段持续时间很短的超声波脉冲。
当超声波遇到物体时，部分声能会被物体反射回传感器。
接收到反射信号后，传感器会将其转换为电信号并送入控制电路。
控制电路通过计算从超声波发射到接收所经过的时间，即超声波的回传时间，来计算测量距离。
这里需要注意的是测距传感器发射的超声波是沿直线传播的，而物体可能位于传感器发射超声波的路径上的任意位置。
因此，控制电路需要考虑超声波的传播时间和传感器离物体的实际距离之间的关系。
控制电路会根据声波的回传时间来计算物体与传感器的距离。
具体计算公式是：距离= 回传时间x 速度其中，速度指的是超声波在空气中传播的速度。
由于声波在空气中的传播速度几乎是一个固定值，所以只要计算超声波回传时间，就可以准确地测量距离。
为了提高测量的精度，超声波测距通常会对回传时间进行多次测量，并取平均值以减小误差。
此外，还可以通过调整超声波发射的持续时间或频率，以及增加传感器的发射和接收角度，进一步提高测量精度。
超声波测距的原理基于声波在空气中的传播速度和超声波的回传时间的关系。
通过测量超声波的回传时间，可以计算出物体与测距传感器之间的距离。
这种测距方法具有测量范围广、精度高、稳定性好等优点，在工业、测量等领域有着广泛的应用。
超声波传感器测距的教案
超声波传感器测距的教案教案一课题：超声波传感器测距教学目标：1. 让学生理解超声波传感器的工作原理和应用。
2. 学生能够掌握超声波传感器测距的方法和步骤。
3. 通过实验探究，培养学生的科学思维和实践能力。
4. 激发学生对科学技术的兴趣和探索精神。
教学重点与难点：- 教学重点：超声波传感器的工作原理和测距方法。
- 教学难点：理解超声波传播过程中的时间与距离的关系。
教学方法：实验探究法、小组合作法教学过程：一、导入新课展示一些利用超声波传感器的实际应用场景，如倒车雷达、自动门等，引导学生思考超声波是如何实现测距功能的。
二、新课讲授1. 讲解超声波的特性，如方向性好、穿透力强等。
2. 引出超声波传感器，结合实物介绍其结构和组成部分。
3. 阐述超声波传感器测距的原理：通过发射超声波并接收反射波，根据时间差计算距离。
三、实验探究1. 分组进行实验，每组一套超声波传感器实验装置。
2. 教师指导学生进行实验操作，包括连接电路、设置参数等。
对话示例：师：“同学们，现在大家开始分组进行实验，先检查一下实验装置是否齐全，然后按照步骤进行操作。
”生：“好的，老师。
”师：“在连接电路的时候要注意正负极哦，有不明白的随时问老师。
”3. 记录实验数据，如发射和接收的时间差。
四、数据分析与讨论1. 各小组汇报实验数据。
2. 共同分析数据，探讨影响测距精度的因素。
对话示例：师：“请各个小组把你们的实验数据分享一下。
”生：“我们这组测了几个不同距离的数据……”师：“大家一起来分析一下这些数据，看看能发现什么问题。
”五、知识拓展介绍超声波传感器在其他领域的应用，如工业自动化、医疗等。
六、总结归纳1. 回顾本节课的重点内容：超声波传感器的原理和测距方法。
2. 强调实验过程中的注意事项和科学态度。
教材分析：本节课的内容紧密结合实际应用，通过对超声波传感器的学习，使学生了解现代科技在日常生活中的应用。
教材内容循序渐进，从超声波的基本特性到传感器的工作原理，再到具体的测距方法，有利于学生逐步掌握知识。
超声波传感器检测原理
超声波传感器检测原理
超声波传感器是一种常用于测量和探测距离、位置和物体特征的设备。
它利用
声波在物体中的传播速度和反射特性来实现测量的原理。
超声波传感器通常由发射器和接收器组成。
发射器会发出高频的超声波信号，
通常在20kHz到200kHz之间。
这些超声波信号会向目标物体传播，然后被目标物
体的表面反射回来。
接收器会接收经过目标物体反射回来的超声波信号，并将其转化为电信号。
接
收器中的超声波传感器元件会将接收到的超声波信号转化为电压信号，然后通过放大器进行放大和处理。
根据超声波的传播时间和传播速度，可以计算出目标物体和传感器之间的距离。
根据检测到的超声波信号的强度，还可以判断目标物体的形状、材质和表面特征。
超声波传感器检测原理的优点之一是它对目标物体的材质没有特殊要求。
无论
是金属、塑料、液体还是固体，超声波传感器都可以进行有效的检测。
此外，超声波传感器工作时不会产生害处，且能够在各种环境条件下正常工作，包括水下。
因此，它在工业自动化、智能车辆、测距测速、安全监测等领域得到广泛应用。
总之，超声波传感器是一种利用超声波在物体中的传播特性进行测量和探测的
设备。
它通过发射和接收超声波信号，可以实现距离、位置和物体特征的检测。
由于其优越的性能和可靠性，超声波传感器在多个领域都有广泛的应用。
超声波传感器测距离
目录一、课程设计任务书 (2)二．超声波传感器测距原理 (4)2.1超声波传感器 (4)2.2超声波测距原理概述 (5)三．系统总体设计方案 (6)四．系统的硬件结构设计 (8)4.1单片机最小系统原理概述 (8)4.2超声波发射电路 (14)4.3超声波检测接收电路 (14)4.4超声波测距系统的显示电路设计 (15)4.5PROTUES仿真硬件电路图 (15)五．系统软件的设计 (16)5.1超声波测距仪的算法设计 (16)5.2程序流程图 (16)5.3主程序设计 (18)5.4定时中断服务子程序设计 (18)5.5超声波发生子程序和超声波接收中断程序设计 (19)六．调试结果 (20)七．系统误差来源及解决方案分析 (22)八．收获体会 (23)参考文献 (24)附录一超声波测距电路原理图 (25)附录二程序清单 (26)附录三元件清单 (36)一、课程设计任务书《智能仪器综合设计》课程设计任务书题目：超声波测距系统设计一、课程设计任务超声波测距主要应用于倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业现场，如液位、井深、管道长度等场合。
超声波测距的原理是，发射器发射出超声波，遇到被测物体后返回声波由接收器接收，测量出超声波发射和接收到回波的时间差，超声波波速与时间差乘积的一半即为被测距离。
该超声波测距系统以A T89S52单片机为核心进行设计。
二、课程设计目的通过本次课程设计使学生掌握：1）智能仪器的一般设计、实现方法；2）超声波传感器测距的工作原理；3）智能仪器设计的实际调试技巧。
从而提高学生对智能仪器的设计和调试能力。
三、课程设计内容和要求1、掌握超声波传感器的测距原理，测量结果数显；2、根据超声波测距原理，设计超声波测距系统的硬件结构电路并画出原理图；3、用PROTUES对所设计的系统进行仿真；4、给出软件设计流程图；5、系统软硬件连调，给出该测距系统的性能指标，并对产生的误差进行分析。
四、课程设计报告要求报告中提供如下内容：1、目录2、正文（1）课程设计任务书；（2）超声波传感器测距原理；（3）系统总体设计方案；（4）超声波测距系统硬件电路的设计，包含发射电路、接收电路和显示模块的设计，用PROTEL软件绘制硬件原理图并列出器件清单，用PROTUES仿真；（5）软件设计：程序流程图及清单（子程序不提供清单，但应列表反映每一个子程序的名称及其功能）；（6）调试结果：各个关键点波形和实测数据组；（7）系统误差来源及解决方案分析；3、收获、体会4、参考文献五、课程设计进度安排周次工作日工作内容第一周1 布置课程设计任务，查找相关资料2 熟悉智能仪器综合实验平台所提供的相关资源3 完成总体设计方案4 画出硬件原理图并进行仿真5 完成硬件接线，编写程序并调试第二周1 编写程序并调试2 编写程序并调试3 编写程序并调试及准备课程设计报告4 完成课程设计报告并于下午两点之前上交5 答辩本课题共需两周时间七、课程设计考核办法本课程设计满分为100分，从课程设计平时表现、课程设计报告及课程设计答辩三个方面进行评分，其所占比例分别为20%、40%、40%。
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
超声波传感器测量距离
一、超声波测距原理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，超声波在空气中传播时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V ,而根据计时器记录的测出发射和接收回波的时间差△ t ,就可以计算出发射点距障碍物的距离S , 即：S = v • △ t / 2 ①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C与温度有关，表1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。
常温下超声波的传播速度是334米/秒,但其传播速度V易受空气中温度、湿度、压强等因素的影响，其中受温度的影响较大，如温度每升高1 C ,声速增加约0.6米/ 秒。
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（本系统正是采用了温度补偿的方法）。
已知现场环境温度T时，超声波传播速度V的计算公式为：V = 331.45 + 0.607T ②、系统硬件电路设计图2超声波测距仪系统框图基于单片机的超声波测距仪框图如图2所示。
该系统由单片机定时器产生40KHZ勺频率信号、超声波传感器、接收处理电路和显示电路等构成。
单片机是整个系统的核心部件，它协调和控制各部分电路的工作。
工作过程：开机，单片机复位，然后控制程序使单片机输出载波为40kHz的10个脉冲信号加到超声波传感器上，使超声波发射器发射超声波。
当第一个超声波脉冲群发射结束后，单片机片内计数器开始计数，在检测到第一个回波脉冲的瞬间，计数器停止计数，这样就得到了从发射到接收的时间差△ t;根据公式①、②计算出被测距离，由显示装置显示出来。
下面分别介绍各部分电路：1 、超声波发射电路超声波发射电路如图3所示，89C51通过外部引脚P1.0输出脉冲宽度为250卩s , 40kHz的10个脉冲串通过超声波驱动电路以推挽方式加到超声波传感器而发射出超声波。
由于超声波的传播距离与它的振幅成正比，为了使测距范围足够远,可对振荡信号进行功率放大后再加在超声波传感器上。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
三、素质目标 1. 有科学的实验态度 2. 具有认真、细致的学习态度 3. 具有良好的机电检测操作素养 【学习重点】 1. 超声波传感器的原理 2. 超声波传感器的应用 3. 超声波测距电路搭建
任务四 超声波传感器距离检测
【任务背景】
倒车雷达全称叫“倒车防撞雷达”，也叫 “泊车辅助装置”，是汽车泊车或者倒车时的安 全辅助装置。
超声波测量距离是根据超声波遇到障碍物能反射回来 的特性。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，途中遇到障碍物 就立刻反射回来，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 录的发射超声波和接收到回波的时间差T，就可以求出 距离S，即：
超声波传感器液位（物位）测量 超声波传感器液位（物位）测量是利用超声波在 两种介质的分界面上的反射特性而工作的。常见的 用途有液位测量和汽车倒车距离测量。
(a) 放置在液体中检测 图3-4-7 超声波传感器液位检测
(b) 放置在液位上方检测
超声波传感器探伤 超声波探伤是无损探伤技术中的一种主要检测手 段。它主要用于检测板材、管材、锻件和焊缝等材 料中的缺陷（如裂缝、气孔、夹渣等），测定材料 的厚度，检测材料的晶粒。
图3-4-8 超声波探伤仪实物及工作图
(a)无缺陷工件探伤及显示情况 (b)有缺陷工件探伤及显示情况 图3-4-9 超声波探伤及显示情况
超声波传感器测流量 超声波在流体中传输时，在静止流体和流动流体 中的传输速度是不同的，利用这一特点可以求出流 体的速度，再根据管道流体的截面积，便可知道流 体的流量。超声波流量传感器常见安装类型如图。
超声波探头中的核心器件就是压电晶体，利 用压电晶体的压电效应来工作的。
图3-4-5 超声波传感器原理
3.超声波传感器的应用 超声波传感器测量厚度 根据超声波的反射原理来测量厚度。如果超声波 在被测材料中的传播速度为с，工件厚度为δ，通 过测量超声波从发射到接收的时间间隔t，则工件 厚度为：
图3-4-6 超声波测厚仪
图3-4-10 Байду номын сангаас见超声波流量计安装方法
【任务实施】
针对本任务中汽车倒车雷达工作过程搭建实验， 用超声波传感器检测距离。 1. 任务目的 （1）通过实验了解超声波传感器的组成及原理； （2）会完成超声波传感器的接线； （3）会检测并调试超声波传感器。
2. 器材准备
器材名称 超声波发射器 超声波接收器 通用 通用 型号与规格 1 1 数量
距离L/cm 输出电压U0/V
5. 超声波传感器使用时必须注意以下环境因素： （1）为了维持动作的可靠性和长寿命，请避免在超过 产品规格参数给出的使用温度范围或室外使用； （2）由于超声波一般使用的传播介质是空气，所以在 有风的地方会使监测区域变化，引起误动作。因此， 请避免在有空气喷嘴或送风机等场合中使用； （3）若在传感器的表面（发射端、接收端）附有水滴， 则会降低检测距离或检验灵敏度； （4）被测物体周围有微粉末体及棉类物体时，由于这 类材料是吸音物质，所以使用反射型的超声波传感器 将无法正常检测； （5）不要在可燃性爆炸气体的环境下使用。
图3-4-1 汽车尾部倒车雷达示意图
图3-4-2 倒车雷达实物图（探头及显示仪）
任务四 超声波传感器距离检测
【知识准备】
1. 认识超声波 人能听见声音的频率为20Hz～20kHz，即为声波， 超出此频率范围的声音，即20Hz以下的声音称为次声 波，20kHz以上的声音称为超声波。
图3-4-3 声波频率的界限划分
S=340T/2。
2. 认识超声波传感器 超声波传感器通常由超声波发生器（简称发射 探头）和超声波接收传感器（简称接受探头）两 部分组成。
发射探头 接收探头
障碍物
1- 外壳 2- 金属丝网罩 3- 锥形共振盘 4- 压电晶体片 5- 引脚 6- 阻抗匹配器 7- 超声波束 图3-4-4 超声波传感器结构
反射挡板
稳压电源 数字电压表头
通用
通用，±15V 通用
1
1 1 1
传感器实验实验箱 通用
3. 任务实施 （1）连接实验电路 按照图将传感器与转换电路相连，公共端与公共 端相连，并给转换电路接入稳压电源，将输出信 号接入电压表。
图3-4-11
实验电路
（2）电路检查 （3）调整超声波传感器发射端和接收端的位置 4. 实验记录 平形移动挡板，依次递增5cm，观察电压表读数，填写在 表3-2中。 注意，挡板要平形移动，因为挡板角度的变化会使超声波 反射角产生较大变化，影响接收端的接收效果。
（4）记录实验现象 旋转编码器的转轴，在248,249通道内读取当前的 脉冲数。将结果记录在表3-3-2中。 观察当脉冲数在200~400之间的时候DM100内的数 据是否会变化。
转速 \通道 248 249
项目三 生产状态监控检测
任务四 超声波传感器距离检测
任务四 超声波传感器距离检测
【教学目标与要求】 一、知识目标 1. 能说出超声波的音频范围 2. 掌握超声波测距的原理，并会写出计算公式 3. 能说出超声波传感器的组成 二、能力目标 1.能使用超声波测距公式计算 2. 会举例超声波传感器的应用 3.会搭建电路完成超声波距离检测实验