超声波测距设计方案
1. 概述
超声波测距是一种利用超声波传感器对目标物体进行距离测量的技术。它具有非接触、精度高、速度快等优点，广泛应用于工业自动化等领域。本设计方案旨在实现一个基于Arduino的超声波测距系统，可以测量距离在2cm~400cm之间的目标物体，并将结果显示在液晶屏上，以方便用户观察和使用。
2. 系统组成
本系统由硬件和软件两部分组成，硬件系统包括超声波传感器、Arduino主控板、液晶屏、电源等部分；软件系统包括Arduino的程序。
2.1 超声波传感器
超声波传感器是本系统中最关键的部分，它通过发射超声波信号并接收回波信号，测量目标物体与传感器的距离。常用的超声波传感器有HC-SR04、JSN-SR04T等型号，本设计方案使用HC-SR04超声波传感器。
2.2 Arduino主控板
Arduino是一种开源的嵌入式系统，具有方便、易用、可扩展等特点，可以实现各种各样的控制任务。本设计方案使用Arduino UNO主控板，它是一种基于ATmega328P芯片的开发板，具有丰富的接口和较高的性能和稳定性。
2.3 液晶屏
液晶屏是显示距离测量结果的部分，本设计方案采用16*2字符型液晶屏，能够显示2行16个字符，显示结果清晰、直观。
2.4 电源
本系统采用外接直流电源供电，电压为5V，可以通过USB接口或外部电源插头供电。
3. 系统原理
本系统的测距原理基于超声波传感器发射超声波信号并接收回波信号的原理。当超声波传感器发射超声波信号后，信号会以声速传播在空气中，当遇到目标物体后，部分波信号会被目标物体反射回来，形成回波信号，超声波传感器接收到回波信号后，再通过计算超声波信号的来回时间、声速等参数，便可以计算出目标物体与传感器的距离。
4. 系统设计 超声波传感器通过接口连接到Arduino主控板，并需要外接电源，具体接线图如下所示：
基于AT89S51单片机的超声波测距系统
完成日期：2011年4月1日
摘 要
超声波具有指向性强，能量消耗缓慢，传播距离较远等优点，所以，在利用传感器技术和自动控制技术相结合的测距方案中，超声波测距是目前应用最普遍的一种，它广泛应用于防盗、倒车雷达、水位测量、建筑施工工地以及一些工业现场。
本课题详细介绍了超声波传感器的原理和特性，以及Atmel公司的AT89S51单片机的性能和特点，并在分析了超声波测距的原理的基础上，指出了设计测距系统的思路和所需考虑的问题，给出了以AT89S51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。该系统电路设计合理、工作稳定、性能良好、检测速度快、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。
关键词：超声波 单片机 测距 AT89S51
Abstract
Ultrasonic wave has strong pointing to nature ,slowly energy
consumption ,propagating distance farther ,so, in utilizing the scheme
of distance finding that sensor technology and automatic control
technology combine together ,ultrasonic wave finds range to use the most
general one at present ,it applies to guard against theft , move backward
the radar , water level measuring , building construction site and some
industrial scenes extensively。
AT89C2051单片机结合温度补偿的超声波测距系统设计
0 引言超声波是一种在弹性介质中的机械震荡，它是由与介质相接触的震荡源所引起的，其频率在20kHz以上。由于超声波的速度相对于光速要小得多，其传播时间就比较容易检测，并且易于定向发射，方向性好，强度好控制，因而利用超声波测距在很多距离探测应用中有很重要的用途，包括无损检测、过程测量、机器人测量和定位，以及流体液面高度测量等。利用单片机控制超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于实现，并且测量精度高。1
系统设计超声波测距的最远距离和分辨能力，不仅需要良好的换能器，也需要合理的驱动电路及回波探测电路。对发射而言，为了使电能到机械能的转换效益最大，换能器必须工作在它的共振频率处。对接收电路而言，为了使机械能到电能的转换效率最大，最佳工作点必须取在反共振频率处，在传感器系统中，发射部分的共振频率要与接收部分的反共振频率相匹配。同时，温度对声速有着较大的影响，温度补偿无疑是减少误差的很好方法。本设计选用T40-16T／R超声波传感器，设计了一种以AT89C2051单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪。为了进一步提高系统测量精度和系统稳定性，在硬件上增加了温度传感器测温电路，采取声速预置和媒质温度测量相结合的办法对声速进行修正，降低了温度变化对测距精度的影响。有力提高了超声波测距系统的测量精度。设计系统由单片机主控模块、显示模块、超声波发射模块、接收模块、温度测量补偿模块等五个模块组成，组成框图。
超声波发射电路由单片机输出端直接驱动超声波发送，超声波接收电路输出端与单片机相连接，单片机的输出端与显示电路输入端相连接。单片机在TO时刻发射方波，同时启动定时器开始计时，当收到回波后，产生一负跳变到单片机中断口，单片机响应中断程序，定时器停止计数。计算时间差即可得到超声波在媒介中传播的时间t，由此便可计算出距离。2．1 超声波测距单片机控制系统单片机AT89C2051采用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。单片机P3．5端口输出超声波换能器所需的40kHz的方波信号，P3．6端口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的3位共阳LED数码管，段码输出端口为单片机的P1口，位码输出端口分别为单片机的P3．2、P3．1、P3．0口，数码管位驱运用PNP三极管S9012三极管驱动。而温度测量采用简单的DS18B20温度传感器，测量结果送入P3．4口，利用公式算出声速。
基于温度补偿功能的超声波测距系统设计
【摘要】设计了一款基于单片机的带有温度补偿功能的高精度超声波测距仪，利用超声波反射特性对障碍物进行测距。由STC12C5206AD单片机、发送模块、接收模块、温度补偿模块、时钟模块、电源模块和显示模块等7部分组成。实验结果表明该测距仪性能可靠，测量精度较高。
【关键词】超声波;测距;传感器;温度补偿
目前，非接触式测距仪采用超声波、激光和雷达。但激光和雷达的难度大、成本高，不利于普及应用，在某些应用领域有其局限性，相比之下，超声波方法具有明显的优势，因此超声波方法作为非接触监测和识别的手段，已经越来越引起人们的重视。超声波是一种频率大于20kHz具有方向性好、指向性强、传播能量大、遇到杂质或界面会产生反射波等特点的机械波。在机器人避障、导航系统、机械加工自动化装配及检测、自动测距、无损检测、超声定位、汽车倒车、工业测井、水库液位测量等方面已经有了广泛的应用[1]。
一、超声波测距原理
当要计算某物体通过的一段路程时，只要知道物体运动的速度和所经历的时间，就可以计算它通过的路程。利用超声波测距的方法有多种，如渡越时间检测法、相位检测法和声波幅值检测法。相比较而言，渡越时间检测法测量时间和精度都较高，并且电路设计不复杂，因此本设计采用渡越时间检测法。
图1 超声波测距原理图
超声波测距的原理如图1所示。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。根据接收器接到超声波时的时间差就可以计算出距被测物体的距离：
d=s/2=（V×t）/2[2] ①
其中d为被测物体到测距仪之间的距离，s为超声波往返通过的路程，V为超声波在介质中的传播速度。T为超声波从发射到接收所用的时间。
超声波的传播主要受空气密度的影响，空气密度越高其速度越快，而空气密度和温度有着密切的关系。表1为超声波在不同温度下的波速值。由此可见温度对于超声波测距系统的影响是不可忽略的。为了提高精度，需要考虑不同温度下超声波在空气中传播速度随温度变化关系：
