1.超声波测距的原理

最低0.27元/天开通百度文库会员，可在文库查看完整内容> 原发布者：xhqgff 超声波测距电路的实现方法电光学院105040562毛臻摘要：随着单片机、DSP、FPGA、CPLD技术的不断成熟，各种智能测量系统不断涌现，测距电路可以用在工业生产、医疗技术、日常生活中各个方面，典型的应用如汽车倒车告警、机器人的自动避障行走、工业上的液位、井深、管道长度等场合，本文在介绍超声波测距原理的基础上总结并讨论现有的几种电路设计方法，并提出增大测量距离及改善系统性能的实现方法。

关键词：超声波；测距；FPGA实现1超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，它是由与介质相接触的振荡源所引起的，其频率在20KHz以上。超声波为直线传播方式，频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强。

超声波在介质中传播时在不同介面上具有反射的特性，由于它有指向性强、方向性好、传播能量大、传播距离较远等特点e79fa5e98193e78988e69d8331333433623761，常用于测量物体的距离、厚度、液位等。超声波的传播速度与介质的密度和弹性特性有关，它在空气中的传播速度为340m/s。

发射一定频率的超声波，借助空气媒质传播，到达测量目标或障碍物后反射回来，其所经历的时间长短与超声波传播的路程的远近有关，测试传输时间可以得出距长。利用超声波特性、单片机控制、电子计数相结合可以实现非接触式测距。

由于超声波检测迅速、方便、计算简单，且不受光线、电磁波、粉尘等的干扰，其测量精度较高。常用于桥梁、涵洞、隧道的距离检测中。

2使用超声波和使用激光测距的比较：基于以上介绍的超声波的特点不难区分它们的各自的适用。

2.超声波测距论文答辩ppt

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）。

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。

测距的公式表示为：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为发射到接收时间数值的一半）。 超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量，虽然目前的测距量程上能达到百米，但测量的精度往往只能达到厘米数量级。

由于超声波易于定向发射、方向性好、强度易控制、与被测量物体不需要直接接触的优点，是作为液体高度测量的理想手段。在精密的液位测量中需要达到毫米级的测量精度，但是目前国内的超声波测距专用集成电路都是只有厘米级的测量精度。

通过分析超声波测距误差产生的原因，提高测量时间差到微秒级，以及用LM92温度传感器进行声波传播速度的补偿后，我们设计的高精度超声波测距仪能达到毫米级的测量精度。电路设计：1、40kHz 脉冲的产生与超声波发射 测距系统中的超声波传感器采用UCM40的压电陶瓷传感器，它的工作电压是40kHz的脉冲信号，这由单片机执行下面程序来产生。

PUZEL: MOV 14H, #12H；超声波发射持续200ms HERE: CPL P1.0 ；输出40kHz方波 NOP ; NOP ; NOP ; DJNZ 14H,HERE; RET 前方测距电路的输入端接单片机P1.0端口，单片机执行上面的程序后，在P1.0 端口输出一个40kHz的脉冲信号，经过三极管T放大，驱动超声波发射头UCM40T，发出40kHz的脉冲超声波，且持续发射200ms。右侧和左侧测距电路的输入端分别接P1.1和P1.2端口，工作原理与前方测距电路相同。

2、超声波的接收与处理 接收头采用与发射头配对的UCM40R，将超声波调制脉冲变为交变电压信号，经运算放大器IC1A和IC1B两极放大后加至IC2。IC2是带有锁定环的音频译码集成块LM567，内部的压控振荡器的中心频率f0=1/1.1R8C3，电容C4决定其锁定带宽。

调节R8在发射的载频上，则LM567输入信号大于25mV，输出端8脚由高电平跃变为低电平，作为中断请求信号，送至单片机处理。 前方测距电路的输出端接单片机INT0端口，中断优先级最高，左、右测距电路的输出通过与门IC3A的输出接单片机INT1端口，同时单片机P1.3和P1.4接到IC3A的输入端，中断源的识别由程序查询来处理，中断优先级为先右后左。

部分源程序如下： RECEIVE1:PUSH PSW PUSH ACC CLR EX1 ；关外部中断1 JNB P1.1, RIGHT ;P1.1引脚为0，转至右测距电路中断服务程序 JNB P1.2, LEFT ;P1.2引脚为0，转至左测距电路中断服务程序 RETURN:SETB EX1；开外部中断1该方法的发展历程：随着机器人技术在其诞生后短短几十年中的迅猛发展，它的应用范围也逐步由工业生产走向人们的生活。如此广泛的应用使得提高人们对机器人的了解显得尤为重要。

机器人通过其感知系统察觉前方障碍物距离和周围环境来实现绕障、自动寻线、测距等功能。超声波测距相对其他测距技术而言成本低廉，测量精度较高，不受环境的限制，应用方便，将它与红外、灰度传感器等结合共同实现机器人寻线和绕障功能。

超声波由于指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远，因而经常。

3.超声波测距仪的工作原理是什么

超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，所以经常用超声波来测量距离，如测距仪和物体测量仪，超声波测距仪装置上有设置瞄点装置，只要把仪器对准要测量的目标，就会出现一点在测距仪的显示屏幕上，主要是通过声速来测量的，肉眼看不见射出的线。

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。

4.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。 。