文献翻译-高精度超声波测距系统

高精度超声波测距系统

张平，郭辉

中国，成都，中国电子科技大学，机电工程学院

611731

电子邮件：zhangping3344521@https://www.wendangku.net/doc/ff1117458.html,

摘要

超声波很容易传输，并具有良好的反射性。它的速度是远远低于飞行速度。因此，本文设计了一种基于STC89C52RC的超声波测距系统。这种系统的有效范围约为372厘米。经过反复试验，测量误差可以小于1厘米。因此，本系统可以应用到智能回避及车辆运输和其他系统。

关键词：单片机；超声波发送接收范围；温度补偿

1．简介

目前，超声波测距的主要方法包括脉冲回波法，相位调制，频率调制和FFT 为基础的方法。在这些方法中，脉冲回波方法具有良好的适应性，这种方法不仅可以用于手动测试，也可以用于自动化系统。所以它是国内外最常使用的一种方法。

如今，微波和激光测距的理论也已应用于超声波测距系统。它会成为一个很好的研究方向。另一方面，回波信号的滤波和分析也受到越来越受到许多专家和学者的重视。随着对超声波理论的深层理解，我们知道了如何改善的精度和抗干扰能力将是最重要的性能指标。

在本文中，整个系统是用脉冲回波理论来设计的。下面的内容主要分为三个部分：第一部分描述了该系统的硬件体系结构；第二部分介绍了该系统的软件处理；第三部分介绍了数据处理的技术。通过本篇文章，读者可以该系统有一个全面的了解。

2．超声波测距的原理系统

考虑到实际项目的要求，我们选择了超声波，其频率为40kHz。超声波传感器是一种可以转换声音信号和电信号的装置，也被称为超声波换能器或超声波探头。在一定的频率范围内，它可以把电信号转换成超声波信号，也可以把外部的超声

波信号转换成电信号。在本文中，我们选择了T/R40-12压电超声换能器。它的工作频率为40 kHz ，外部直径为12cm 。超声波发生器在某一时间发出的超声波信号，经被测物体反射后被超声波接收器接收。只要我们记录的发送和接收的时间间隔，就可以计算出测量装置到被测物体间的距离。用于计算距离的公式是：

D=S/2=V ×T/2 (1)

D 是测距装置与被测物体之间的距离。S 是超声波飞行的长度。 V 是超声波的速度。T 是超声波飞行的时间。由于超声波是一种声波，速度可受温度的影响。因此，在本文中，采用了温度补偿的方法提高系统的精度。

3．系统的硬件

超声波测距系统的系统框图如图1。该系统的硬件主要包括单片机，显示电路，温度补偿电路和超声波的发送和接收电路。

图1 系统方框图

3.1 超声波发生电路

超声波发生器的原理图如图2。发送电路主要包括逆变器和超声波换能器。首先把单片机P1.0端口反转，连接到超声波换能器的一极，然后再次反转，连接到的超声波换能器的另一极。通过推挽法，我们可以改进超声波的发射强度。并联逆变器，可以增加驱动能力的输出。用这种方法不仅增加了上拉电阻R1和R2输出高电平的驱动能力，而且也增加了换能器的阻尼效应，并缩短了其自由震荡时间。

图2 超声波发生器的电路

3.2 超声波接收电路

超声波接收电路的原理图如图3，CX20106的专用集成电路一般用于检测红外线，考虑到CX20106的承载频率为38kHz,非常接近超声波的频率，我们设计的超被测物

体 超声波

发生器 超声波

接收器 外部电路

单片

机 LED 显示屏

温度补偿电路

声波接收电路就是基于CX20106芯片制作的。

图3 超声波接收电路

3.3 单片机和显示电路

该测距系统的核心是STC89C52RC单片机通过使用12MHz晶体振荡器，以获得更稳定的时钟频率来减少误差。该单片机的P1.0端口输出的是超声波换能器所需要的40 kHz方波，外部中断0用于监视返回的信号，而显示设备则用了四位共阳极LED，简单实用。段代码通过74LS245来驱动，而位代码通过9012晶体管来驱动。原理图如图4。

图4 单片机和显示电路

3.4 温度补偿电路

在超声波测距系统中，许多因素都可以影响的速度，如环境的干扰，基本脉冲的频率等。但环境温度是主要因素。根据公式（2），我们可以看到当温度从0到40之间变化时，超声波的速度从331.4m/s变为了354.85m/s。室温以20为基数，这时的速度为343.32m/s,其变化率为6.83％，所以温度因素不能被忽略。在夏季，气温经常超过40℃。因此，在超声波测距系统中，有必要用温度补偿来减少误差。现在大多数的温度监测系统用的是温度传感器。首先，我们要将温度信号转换成电信号，然后，我们把电信号放大，最后，我们用A/D转换器把模拟信号转换成数字信号。这种电路很复杂，并且很容易受到组件参数的影响。由于这些原因，本文采用DS18B20温度传感器和单片机设计这种高精度的温度测量系统，它可以在一定程度上提高测量的精确度。DS18B20的DQ端口可以直接连接到单片机的P3.7端口。原理图如图5。

图5 温度补偿电路

DS18B20是美国最新的数字温度传感器。它与传统的热敏电阻温度传感器不同。我们可以直接读取其测得的温度值。根据实际的需求，我们可以通过简单的编程实现9位或10位A / D转换。因此，DS18B20可以使系统具有更简单的结构和更高的可靠性。

测量温度后，我们用下列公式来修正超声波的速度：

V（T）=（331.05+0.607 T）（m/s）（2）在上述公式中，T是环境的摄氏温度（℃）。

4．系统编程

超声波测距系统的程序，主要包括主程序，超声波发生程序，超声波接收程序，温度补偿程序和显示程序。一方面，汇编语言是高效方便的语言。另一方面，测距程序不仅需要复杂的计算，也需要一个精确的结果。所以我们选择汇编语言来设计这个系统。

4.1 主程序

主程序首先初始化系统环境，设置定时器T0工作模式为16位的定时计数器模式，置位总中断允许位EA并给显示端口P0和P2清0。使用的DS18B20测量出温度值后，用温度补偿程序修改声音速。此时，它开始调用发送程序，

为了避免声音从发射器直接传输到接收器，它需要一个约0.1ms的延迟（因为这是可以测量最小距离），然后启用外部中断0接收返回信号。由于使用12MHz晶体振荡器，定时器增加1，间隔为1us，当主程序检测到的标志是成功的，它根据定时器T0开始计算的距离，其结果将被发送到LED进行显示。然后，只需重复此处理。主程序流程图如图6所示。

图6 主程序流程图

4.2 发送程序和接收程序

发送程序的作用是通过P1.0端口发送两个超声波脉冲（约40kHz 的方波），脉冲宽度约为12us 。与此同时，定时器T0开始计时,本系统利用外部中断0检测回声。一旦接收到回波（引脚INT0出现低电平），则立即进入中断程序，然后停止定时器T0并设置成功标志。 如果未检测到回波，定时器将溢出，溢出的定时器T0中断将关闭外部中断0。 同时，它会清除成功标志。这意味着，该次测距处理失败。

4.3 温度补偿程序和显示程序

根据检测到的实时温度，并通过代入公式（2）计算出声音的速度。显示程序通过查表的方式显示出距离

5．数据处理

不仅电路在处理信号时会产生一个固定的延迟时间Δt,而且在单片机处理收集的信号时也会产生一个固定的延迟时间Δt 。上述两个过程必然会导致一定的测量误差，但此系统会修改延迟来减少测距误差。

假设，S1和S2是两个固定的距离。 t1，t2分别对应于这两个固定的距离（包括系数Δt ）。因此，S1和S2是实际上对应于时间t1-Δt 和t2-Δt,也就是说S1=0.5V(t1-Δt),S2=0.5V(t2-Δt),可以计算出：

1

22112t S S t S t S --=Δ （3） 经过多次测量，我们可以计算出系统的延迟Δt 。根据式（1），我们可确定测得的距离，该处理可以在一定程度上降低了系统的错误。

6．实际测量和分析

测量数据见表7。

表7 实际测量数据（单位：cm ）

实验数据表明：超声波测距系统的盲点（超声波传感器可以检测到的最小距离）为25cm ，最大距离为372厘米。在设计程序时，为了避免声波从发射器直接传输到超声的接收器，该程序有一个1.4ms 延迟，所以超声波测距系统有一个最小距离。由于超声波的传播可能造成一定的衰减而且发射功率是有限的，它是很难检测长时间的回波，所以会有最大的可测距离。另一方面，温度补偿可以提高测量精度。

7．结论

在本文中，利用超声波的反射特性，我们设计了这种基于STC89C52RC 的测距系统。它非接触式测量的有效范围是从25厘米至372厘米。当环境变化时，温度补偿电路会提高它的测量精度。修改系统延迟后，可以降低系统延迟的测量误差并且精度有明显的提高。 实验结果证实该系统的硬件和软件都很合理。该测距系统可靠而稳定，它完全能够满足许多高精度的场合，如液位测量，机器人定位等。

实际距离 5 10 15 20 25 30 35

显示距离 25 25 25 25 26 31 35 实际距离 350 355 360 365 372 380 385 显示距离 351 356 361 366 374 25 25

致谢

首先，我要感谢IEEE提供此模板，其次，我要感谢我的老师郭先生，最后同样重要的，我们衷心感谢所有提供技术支持的同事。

参考文献

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[2] 康雅萍，刘震宇，郭鑫等．高精度超声波测距系统的设计[J]．实验技术与管

理．2010,27(3)：61-64．

[3] 王振江，苏新彦，韩跃平．基于AT89C51的高精度超声波测距系统[J]．传感

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[4] 韩丽茹．提高超声波测距精度方法综述[J]．电讯技术．2010,50（9）：132-136．

作者简介

张平，1986年出生于中国湖南。他于2009年获得中国吉首大学的工程学士学位。现在，他是中国电子科技大学机电工程系的一名研究生。他的研究领域包括集成电路和电子设计自动化。郭辉在华北电力大学获得硕士学位，在南京大学获航空航天专业博士学位。他在南京大学做博士｜后工作研究方向是机电一体化。

一种大角度范围的高精度超声波测距处理方法

第45卷　第4期厦门大学学报(自然科学版) Vol.45　No.4　2006年7月 Journal of Xiamen University (Nat ural Science ) J ul.2006　 一种大角度范围的高精度超声波测距处理方法 收稿日期:2005209222 基金项目:国家自然科学基金(D0602240476018),厦门大学科技创 新基金(00502K70013)资助 作者简介:孙牵宇(1982-),男,硕士研究生.3通讯作者:xmxu @https://www.wendangku.net/doc/ff1117458.html, 孙牵宇,童　峰,许肖梅3 (厦门大学水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室,福建厦门361005) 摘要:针对移动机器人超声定位中超声收发传感器角度偏向造成的测距精度下降,本文提出了一种基于归一化波形参数 特征修正的超声测距系统.传统的增益控制、可变阈值等抗起伏措施对抑制传播过程中的幅度起伏造成的测距误差效果较好,但如果传感器角度偏向使波形发生畸变,此类方法仍将造成较大误差.本文通过对传感器角度偏向造成接收信号波形畸变及测距精度下降的理论分析及实验研究,建立了超声接收信号归一化波形特征脉宽与前沿变化的关系,设计了基于单片机实现误差校正的大偏向角高精度超声波测距系统.测距实验结果表明本系统显著减小了传感器角度偏向引起的测距误差,在不同的距离上使测距精度平均提高了1.6%,同时具有成本低、使用简单、方便的特点. 关键词:移动机器人定位;超声测距;角度偏向中图分类号:TP 274.53 文献标识码:A 文章编号:043820479(2006)0420513205 由于超声波测距有不受光线影响、结构简单、成本低、信息处理简单可靠、易于小型化和集成化等优点,因此,广泛应用于移动机器人定位及导航系统[1,2]. 超声测距的精度直接决定了机器人超声波定位的精度性能,目前许多提高超声波测距精度的研究集中在考虑传播过程中幅度起伏造成的误差[3～6],采用增益控制、可变阈值、零交叉点等抗起伏措施保证触发时刻的稳定,实现超声信号飞行时间(TOF ,time of flight )检测精度的提高.上述方法取得精度提高的前提是接收信号的归一化波形保持不变. Lamancus [7]的研究表明,当超声收发传感器轴线存在一定偏角、超声波信号偏向入射时接收信号波形会产生畸变,特别是偏角比较大的时候,如移动机器人定位中在机器人活动范围内当发射与接收传感器处于大偏向角位置时,波形由于信号斜入射而畸变大大降低了传统方法下的测距精度.这个问题严重影响了超声波定位系统在自动导引车高精度停靠等需要高定位精度、大偏角范围场合的应用.如童峰等人研制的机器人超声波导航系统[8],在小偏向角度下(轴线方向上)定位精度为1cm ,在大偏向角度下精度下降为5cm. 本文根据波形畸变理论和实验的分析,针对传感器的发射角和入射角所引起的误差,提出了一种可适用于大角度范围工作条件的处理方法并设计了基于单 片机的系统,实现简单方便.实验结果表明:本系统最终在大角度测距时使测距精度平均提高了1.6%. 1　超声测距系统原理及影响测距精度 的因素 1.1　影响测距精度的因素 除声速变化、噪声等影响因素外,声波在空气介质中声速的变化及散射,衰减的随机不均匀性,引起接收信号在幅度和时间轴上的起伏,是造成测距误差的一个主要原因.图1所示为固定门限电平检测下由幅度起伏引起触发电路的信号前沿不同,产生飞行时间(Time of flight )检测误差,起伏变化越大引起的误差就越大.针对这个问题提出的可变门限[3]、前沿线性前推[4]、零交叉点检测等处理方法,这些方法一个共同的前提就是幅度起伏时,信号的归一化波形基本不变(如图1中实线波形所示),如果波形发生了畸变(如图1　图1　幅度起伏(虚线是畸变波形) 　Fig.1　Amplitude fluctuations (dashed :distorted wave 2 form ) 中虚线波形所示),仍将造成较大的检测误差.

超声波测距仪外文翻译

H8/300L超声波测距仪 （原文出处：https://www.wendangku.net/doc/ff1117458.html,第1页-第15页） 介绍 该应用说明介绍了一种使用H8/38024 SLP MCU的测距仪。由单片机产生40KHz 方波，通过超声波传感器发射出去。反射的超声波被另外一个传感器接收。有效距离为6cm到200cm。 1.理论 1.1概况 在这篇应用说明中，H8/38024F微处理器是作为目标设备被使用的。由于简单的可移植性，超声波测距仪使用的软件为C语言。 超声波是频率高于可听音的一切高于20kHz的声波。用于医疗诊断和影像的超声波，频率延长和超过了10兆赫兹，高的频率有短的波长，这使得超声波从物体反射回来更容易。不幸的是，极高的频率难以产生和测量。对超声波的检测与测量主要是通过压电式接收机进行的。 超音波普遍应用于防盗系统、运动探测器和车载测距仪。其他应用包括医疗诊断(人体成像)，清洁(去除油脂和污垢)，流量计(利用多普勒效应)，非破坏性试验(检测材料缺陷)，焊接等各个方面。 1.2软件实施 距离的计算要测量超声波传感器接收到回波的时间。理想的被测对象应该有一个大的面积而且不吸收超声波。 在这个应用说明中使用了38024f的CPU电路板。图1展示超声波测距仪的工作原理，tmofh (脚63 )是用来传送0.5ms的40kHz的超声波，irq0 ( pin72 ) 是用来探测 - 1 -

反射波的。发送超声波后，计时器C开始追踪Timer Counter C (TCC)的计数数目，以计算物体的距离。 图1.测距仪工作原理 1.2.1 发射超声波 定时器F是一个具有内置式输出比较功能16位计数器，它还可以用来作为两个独立的8位定时器FH和FL，这里，定时器F是作为两个独立的8位定时器使用。计时器的FL被初始化为产生中断，而FH在比较匹配发生时触发了tmofh的输出电平。 表1 计时器F的时钟选择 对于为定时器的FL，选定内部时钟?/32。输出比较寄存器FL装载数据初值为 - 2 -

超声波测距仪外文资料翻译

Ultrasonic distance meter Document Type and Number:United States Patent 5442592 Abstract:An ultrasonic distance meter cancels out the effects of temperature and humidity variations by including a measuring unit and a reference unit. In each of the units, a repetitive series of pulses is generated, each having a repetition rate directly related to the respective distance between an electroacoustic transmitter and an electroacoustic receiver. The pulse trains are provided to respective counters, and the ratio of the counter outputs is utilized to determine the distance being measured. A.BACKGROUND OF THE INVENTION This invention relates to apparatus for the measurement of distance and, more particularly, to such apparatus which transmits ultrasonic waves between two points. Precision machine tools must be calibrated. In the past, this has been accomplished utilizing mechanical devices such as calipers, micrometers, and the like. However, the use of such devices does not readily lend itself to automation techniques. It is known that the distance between two points can be determined by measuring the propagation time of a wave travelling between those two points. One such type of wave is an ultrasonic, or acoustic, wave. When an ultrasonic wave travels between two points, the distance between the two points can be measured by multiplying the transit time of the wave by the wave velocity in the medium separating the two

高精度超声波测距系统设计

高精度超声波测距系统设计。 引言 利用超声波测量距离的原理可简单描述为：超声波定期发送超声波，遭遇障碍物时发生反射，发射波经由接收器接收并转化为电信号，这样测距技术只要测出发送和接收的时间差， 然后按照下式计算，即可求出距离： 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，广泛应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量。目前的测距量程上能达到百米数量级，测量的精度往往能达到厘米数量级。本文在分析现有超声波测距技术基础之上， 给出了一种改进方案，测量精度可达毫米级。 2 系统方案分析与论证 2.1 影响精度的因素分析 根据超声波测距式(1)可知测距的误差主要是由超声波的传播速度误差和测量距离传播 的时间误差引起的。 对于时间误差主要由发送计时点和接收计时点准确性确定，为了能够提高计时点选择的准确性，本文提出了对发射信号和加收信号通过校正的方式来实现准确计时。此外，当要求测距误差小于 1 mm时，假定超声波速度C=344 m／s(20℃室温)，忽略声速的传播误差。则测距误差s△t<0.000 002 907 s，即2.907 ms。根据以上过计算可知，在超声波的传播速度是准确的前提下，测量距离的传播时间差值精度只要在达到微秒级，就能保证测距误差小于1 mm的误差。使用的12 MHz晶体作时钟基准的89C51单片机定时器能方便的计数到1μｓ的精度，因此系统采用AT89S51的定一时器能保证时间误差在 1 mm的测量范围内。

一种高精度超声波测距系统的研制

一种高精度超声波测距系统的研制3 赵海鸣,卜英勇,王纪婵 (中南大学机电工程学院,　湖南长沙　410083) 摘　要:介绍了超声波测距的原理.分析了超声波测距产生误差的主要原因。提出通过温度测量修正超声波传播速度,应用双比较器整形结合软件准确确定回波前沿以提高空气中超声波测距精度的方法。在此基础上,设计了相应的超声波测距系统电路和软件。实验表明,该测距系统测量精度高,电路简单。 关键词:超声波测距;测距精度;回波前沿;系统设计 中图分类号:T B559 文献标识码:A 文章编号:1005-2763(2006)03-0062-04 D evelop m en t of an Ultra son i c D ist ance M ea sure m en t Syste m w ith H i gh Prec isi on Zhao Hai m ing,B u Yinyong,W ang J ichan (College of Mechanical and Electrical Engineering,Central S outh University,Changsha,Hunan410083,China) Abstract:I n this paper,the p rinci p le of ultras onic distance measure ment is described,the main err or s ources of ultras onic distance measure ment are analyzed als o.A method of i m p r oving p recisi on of ultras onic distance measurement in air,in which the trans m issi on s peed of ultras onic wave is corrected by measured air te mperature and the f or ward edge of receive wave can be de2 ter m ined accurately by use of the t w o comparing circuits of ultra2 s onic signal in combinati on with the s oft w are.Based on the ide2 a,the circuit and s oft w are of ultras onic distance measure ment syste m have been designed.Experi m ent indicates that the meas2 uring p recisi on of ultras onic distance measurement system is higher and its circuit is si m p ler. Key W ords:U ltras onic wave distance measure ment,Precisi on of distance measure ment,For ward edge of receive wave,Syste m design 超声波测距是一种非接触式检测方式,在使用中不受光照度、电磁场、被测物色彩等因素的影响,加之其信息处理简单、速度快、成本低,在机器人避障和定位、车辆自动导航、液位测量等方面已经有了广泛的应用。本文介绍一种以89C52单片机为核心的低成本、高精度、微型化的数字显示超声波测距系统的硬件电路和软件设计。 1　超声测距原理 用于距离测量的超声波通常是由压电陶瓷的压电效应产生,这种压电陶瓷传感器有两块压电晶片和一块共振板,当给它的两极加频率等于晶片固有频率的脉冲信号时,压电晶片就会发生共振,并带动共振板振动,从而产生超声波,超声波经固体表面或液体反射折回,由同一传感器或相邻布置的另一传感器接收,测量超声波整个运行时间t,计算出发射点与反射点的距离s: s=c?t/2(1)式中:c为超声波的传播速度,m/s。超声波在固体中传播速度最快,在气体中传播速度最慢,而且声速受温度影响最大。超声波在空气中的传播速度为: c=331.4×1+T/273(2)式中,T为环境摄氏温度,℃。 超声波从超声传感器发出,在空气中传播,遇到被测物反射后,再传回超声传感器。整个过程,由于吸收衰减和扩散损失,声强随目标距离增大而衰减;同时超声波的衰减随频率增大而成指数增加,但频率越高,指向性越强,这一点有利于距离测量。本文讨论在空气中测量距离,选用40kHz的超声探头。超声传感器接收到的信号的幅值随距离增大而减小,远目标回波信号幅度小、信噪比低,用固定阀值的比较器检测回波,可能导致越过门槛的时刻前后移动,从而影响计时的准确性,这会影响测量的准确度。为了提高超声波测距的精度,需要准确地检测到第一个回波脉冲前沿的到达时间,为此,提出双比较器整形确定回波前沿的方法。 I SS N1005-2763 CN43-1215/T D 矿业研究与开发第26卷第3期 M I N I N G　R&D,Vol.26,No.3 2006年6月 Jun.2006 3收稿日期:2005-08-09 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50474052). 作者简介:赵海鸣(1966-),男,湖南邵阳人,博士研究生,从事机电一体化、设备故障诊断及海洋采矿和微地貌测量与可视化研究.

超声波测距文献综述

超声波测距系统的电路设计 0712203-33 黄景 摘要：介绍一种基于单片机控制的三路超声测距系统的构成和工作原理，超声波测距作为辅助视觉系统与其他视觉统配合使用，可实现整个视觉功能。 关键词：机器人超声波测距单片机串行通讯数据采集 前言：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，因此在移动机器人的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。 正文： 1.超声波测距原理 1.1 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。 1.2 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。 1.3 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

一种高精度超声测距方法的研究

Study of a N ew U ltrasonic Distance Measurement Method with High Precision W A N G Wensheng,Q I Guangx ue,W EN S huhui,FEN G Bo (Yanshan U niversity,Qinhuangdao Hebei066004P.R.China) Abstract:　A new method for ultrasonic distance measurement based on ultrasonic circulation and multi2pulse e2 cho principle is presented in the paper.The ultrasonic distance measurement system based on the single chip mi2 crocomputer is given.This method can conquer the limitation of pulse2echo times and improve the accuracy of measurement after temperature compensation. K ey w ords:　ultrasonic distance measurement;high precision;temperature compensation 一种高精度超声测距方法的研究① 王文生,齐广学,温淑慧,冯　波 (燕山大学,河北　秦皇岛　066004) 摘要:本文介绍了一种基于超声波循环反射测量原理的高精度超声测距方法,并给出了以单片机为核心的测距系统的组成.本测量法克服了多次反射法中对回波脉冲个数的限制,经温度补偿后测量精度得到了明显改善. 关键词:超声测距;高精度;温度补偿 中图分类号:TB559 文献标识码:A 文章编号:1004-1699(2002)03-0219-03 1　引　言 超声波测距是一种传统而实用的非接触测量方法,和激光、涡流和无线电测距方法相比,具有不受外界光及电磁场等因素的影响的优点,在比较恶劣的环境中也具有一定的适应能力,且结构简单,成本低,因此在工业控制、建筑测量、机器人定位等方面得到了广泛的应用[1,2].但由于超声波传播声时难于精确捕捉,温度对声速的影响等原因,使得超声波测距的精度受到了很大的影响,限制了超声测距系统在测量精度要求更高的场合下的应用,为此,本文提出一种改进后的超声反射测距方法,并设计了以单片机为核心的超声测距系统.2　超声波循环反射测量原理 脉冲反射法,又称回波法,是利用超声波在介质中传播遇到声阻抗有差异的界面时产生反射现象来工作的.根据反射次数的不同,可分为一次脉冲反射法和多次脉冲反射法.多次脉冲反射法是目前最常用的一种超声测距方法,它是指一个超声脉冲多次往返于超声探头与被测界面之间,通过检测电路得到各个超声波发射和接收的波形,再由波形整形后得到相当于超声波传播声时的方波信号[3].由此声时和超声波在已知介质中的声速便可以得出距离,超声波探头到被测物体的距离公式为: x= nc 2kf r (1) 2002年9月 传　感　技　术　学　报 第3期 ①来稿日期:2002204215

基于51单片机的超声波测距仪之倒车雷达作品设计毕业论文

基于51单片机的超声波测距仪之倒车雷达作品设计毕业论文

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：

学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日

单片机-外文翻译-外文文献-英文文献-基于单片机的超声波测距系统的研究与设计

附录 附录A 外文翻译 the equivalent dc value. In the analysis of electronic circuits to be considered in a later course, both dc and ac sources of voltage will be applied to the same network. It will then be necessary to know or determine the dc (or average value) and ac components of the voltage or current in various parts of the system. EXAMPLE13.13Determine the average value of the waveforms of Fig.13.37. FIG.13.37 Example 13.13. Solutions: a. By inspection, the area above the axis equals the area below over one cycle, resulting in an average value of zero volts. b. Using Eq.(13.26): as shown in Fig. 13.38.

In reality, the waveform of Fig. 13.37(b) is simply the square wave of Fig. 13.37(a) with a dc shift of 4 V;that is v2 v1+4 V EXAMPLE 13.14 Find the average values of the following waveforms over one full cycle: a.Fig.13.39. b. Fig.13.40.

毕业设计开题报告—超声波测距

毕业设计(论文)开题报告学生姓名：学号： 所在学院： 专业：通信工程 设计(论文)题目：基于STM32的超声波测距仪 指导教师： 2014年2月25日

开题报告填写要求 1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效； 2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）； 4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004年4月26日”或“2004-04-26”。

毕业设计（论文）开题报告 1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述： 文献综述 一、课题研究背景、目的和意义 传感器技术是现代信息技术的主要内容之一，信息技术主要包括计算机技术、通信技术和传感器技术，计算机技术相当于人的大脑，通信相当于人的神经，而传感器就相当于人的感官。比如温度传感器、光电传感器、湿度传感器、超声波传感器、红外线传感器、压力传感器等等，其中超声波传感器在测量方面有着广泛、普遍的应用。利用单片机控制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，并且测量精度较高。 超声波测距是一种典型的非接触测量方式。超声波在气体、液体及固体中以不同速度传播，定向性好、能量集中、传输过程中衰减较小、反射能力较强。且超声波测距系统结构简单、电路易实现、成本低、速度快，所以在工业自动控制、建筑工程测量和机器人视觉识别等领域应用非常广泛。 超声波作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的基本物理特性、反射、折射、干涉、衍射、散射与物理紧密联系，应用灵活。它是一种指向性强，能量消耗慢的波。它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，可解决超长度的测量。二、超声波测距仪的整体设计思路 超声波测距一般采用渡越时间法。超声波测距的实质是时间的测量，即：用超声脉冲激励超声探头向外发射超声波，同时接收从被测物体反射回来的超声波（简称回波），通过精确测量从发射超声波至接收回波所经历的射程时间t（渡越时间），按下式计算超声波探头与被测物体之间的距离S，即 S=12ct 其中，c 为空气介质中声波的传播速度。在常温下，超声波的传播速度为340 m/s，

激光测距仪外文翻译

Laser rangefinder A long range laser rangefinder is capable of measuring distance up to 20 km; mounted on a tripod with an angular mount. The resulting system also provides azimuth and elevation measurements. A laser rangefinder is a device which uses a laser beam to determine the distance to an object. The most common form of laser rangefinder operates on the time of flight principle by sending a laser pulse in a narrow beam towards the object and measuring the time taken by the pulse to be reflected off the target and returned to the sender. Due to the high speed of light, this technique is not appropriate for high precision sub-millimeter measurements, where triangulation and other techniques are often used. Pulse The pulse may be coded to reduce the chance that the rangefinder can be jammed. It is possible to use Doppler effect techniques to judge whether the object is moving towards or away from the rangefinder, and if so how fast. Precision The precision of the instrument is determined by the rise or fall time of the laser pulse and the speed of the receiver. One that uses very sharp laser pulses and has a very fast detector can range an object to within a few millimeters. Range Despite the beam being narrow, it will eventually spread over long distances due to the divergence of the laser beam, as well as due to scintillation and beam wander effects, caused by the presence of air bubbles in the air acting as lenses ranging in size from microscopic to roughly half the height of the laser beam's path above the earth. These atmospheric distortions coupled with the divergence of the laser itself and with transverse winds that serve to push the atmospheric heat bubbles laterally may combine to make it difficult to get an accurate reading of the distance of an object, say, beneath some trees or behind bushes, or even over long distances of more than 1 km in open and unobscured desert terrain. Some of the laser light might reflect off leaves or branches which are closer than

高精度超声波测距系统设计

高精度超声波测距系统设计 作者：宋永东周美丽白宗文 来源：《现代电子技术》2008年第15期 摘要：提出了一种基于AT89S51单片机的超声波测距系统的设计方案。详细分析了影响测距系统精度的主要因素，设计出了各单元电路和整体电路，重点介绍了提高测量精度的方案和具体实现电路，采用单片机技术进行控制，并给出了控制流程图。设计出的超声波测距系统精度可达毫米数量级，电路具有结构简单、操作方便、精度高、应用广泛的特点。 关键词：测距系统;AT89S51;误差分析;硬件设计;流程图 中图分类号：TP302.1 文献标识码：B 文章编号：1004373X(2008)1513703 Design of High Precision Ultrasonic Distance Measurement System SONG Yongdong,ZHOU Meili,BAI Zongwen (College of Physics and Electronic Information,Yan′an University,Yan′an,716000,China) Abstract：A plan of ultrasonic distance measurement system based on AT89S51 is derived in this paper， the main factors impact of precision are analyzed in detail and the unit circuit and complete circuit are given.The plan of improving the accuracy and specific circuit is introduced.The system′s accuracy is reached millimeters orders of magnitude.All of the component is controlle by AT89S51,and the control program flow is presented.Circuit have many advantages such as simply structure,easy to use,high accuracy and wide application. Keywords：distance measurement system;AT89S51;error analysis hardware design;program flow 1 引言 利用超声波测量距离的原理可简单描述为:超声波定期发送超声波，遭遇障碍物时发生反射，发射波经由接收器接收并转化为电信号，这样测距技术只要测出发送和接收的时间差，然后按照下式计算，即可求出距离:S=CΔt/2(1) 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，广泛应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量。目前的测距量程上能达到百米数量级，测量的精度往往能达到厘米数量级。本文在分析现有超声波测距技术基础之上，给出了一种改进方案，测量精度可达毫米级。 2 系统方案分析与论证

毕业设计论文 外文文献翻译 超声波测距 中英文对照

毕业设计论文外文文献翻译超声波测距中英文对照The Circuit Design of Ultrasonic Ranging System 超声波测距系统的电路设计 Ultrasonic Distance Meter 超声波测距仪 姓名: 专业: 测控技术与仪器 学号: 2007071071 指导教师姓名,职称,: The Circuit Design of Ultrasonic Ranging System This article described the three directions (before, left, right) ultrasonic ranging system is to understand the front of the robot, left and right environment to provide a movement away from the information. (Similar to GPS Positioning System) A principle of ultrasonic distance measurement 1, the principle of piezoelectric ultrasonic generator Piezoelectric ultrasonic generator is the use of piezoelectric crystal resonators to work. Ultrasonic generator, the internal structure as shown in Figure 1, it has two piezoelectric chip and a resonance plate. When it's two plus pulse signal, the frequency equal to the intrinsic piezoelectric oscillation frequency chip, the chip will happen piezoelectric resonance, and promote the development of plate vibration

外文文献及翻译_Ultrasonic distance meter

毕业设计(论文)外文资料翻译 系 （院 ）：电子与电气工程学院 专 业：测控技术与仪器 姓 名： 学 号： 外文出处：United States Patent 5442592 (用外文写) 附件：1.外文资料翻译译文； 2.外文原文。

指导教师评语： 所选内容与课题相关，对课题设计参考具有一定价值；翻译具有一定难度，工作量适中；译文基本正确，语句通顺，但也存在部分错误。 总体评价：良 签名： 2012 年 3 月 15 日注：请将该封面与附件装订成册。

附件1：外文资料翻译译文 超声波测距仪 文件类型和数目：美国专利5442592 摘要：提出了一种可以抵消温度的影响和湿度的变化的新型超声波测距仪，包括测量单元和参考资料。在每一个单位，重复的一系列脉冲的产生，每有一个重复率，直接关系到各自之间的距离，发射机和接收机。该脉冲序列提供给各自的计数器，计数器的产出的比率，是用来确定被测量的距离。 出版日期：1995年8月15日 主审查员：罗保.伊恩j. 一、背景发明 本发明涉及到仪器的测量距离，最主要的是，这种仪器，其中两点之间传输超声波。精密机床必须校准。在过去，这已经利用机械设备来完成，如卡钳，微米尺等。不过，使用这种装置并不利于本身的自动化技术发展。据了解，两点之间的距离可以通过测量两点之间的行波传播时间的决定。这样的一个波浪型是一种超声波，或声波。当超声波在两点之间通过时，两点之间的距离可以由波的速度乘以测量得到的在分离的两点中波中转的时间。因此，本发明提供仪器利用超声波来精确测量两点之间的距离对象。 当任意两点之间的介质是空气时，声音的速度取决于温度和空气的相对湿度。因此，它是进一步的研究对象，本次的发明，提供的是独立于温度和湿度的变化的新型仪器。 二、综述发明 这项距离测量仪器发明是根据上述的一些条件和额外的一些基础原则完成的，其中包括一个参考单位和测量单位。参考和测量单位是相同的，每个包括一个超声波发射机和一个接收机。间隔发射器和接收器的参考值是一个固定的参考距离，而间距之间的发射机和接收机的测量单位是有最小距离来衡量的。在每一个单位，发射器和接收器耦合的一个反馈回路，它会导致发射器产生超声脉冲，这是由接收器和接收到一个电脉冲然后被反馈到发射机转换，从而使重复系列脉冲的结果。重复

高精度超声波测距系统设计

高精度超声波测距系统设计 引言 利用超声波测量距离的原理可简单描述为：超声波定期发送超声波，遭遇障碍物时发生反射，发射波经由接收器接收并转化为电信号，这样测距技术只要测出发送和接收的时间差，然后按照下式计算，即可求出距离： 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，广泛应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量。目前的测距量程上能达到百米数量级，测量的精度往往能达到厘米数量级。本文在分析现有超声波测距技术基础之上，给出了一种改进方案，测量精度可达毫米级。 2 系统方案分析与论证 2.1 影响精度的因素分析 根据超声波测距式(1)可知测距的误差主要是由超声波的传播速度误差和测量距离传播的时间误差引起的。 对于时间误差主要由发送计时点和接收计时点准确性确定，为了能够提高计时点选择的准确性，本文提出了对发射信号和加收信号通过校正的方式来实现准确计时。此外，当要求测距误差小于1 mm时，假定超声波速度C=344 m／s(20℃室温)，忽略声速的传播误差。则测距误差s△t<0.000 002 907 s，即2.907 ms。根据以上过计算可知，在超声波的传播速度是准确的前提下，测量距离的传播时间差值精度只要在达到微秒级，就能保证测距误差小于1 mm的误差。使用的12 MHz晶体作时钟基准的89C51单片机定时器能方便的计数到1μs的精度，因此系统采用AT89S51的定一时器能保证时间误差在1 mm的测量范围内。