一种高精度超声波测距仪测量精度的研究

超声波测距实验报告1. 实验目的1.掌握超声波测距的基本原理；2.熟悉超声波测距仪器的使用；3.培养实验操作能力和数据处理能力。

2. 实验原理超声波测距是利用超声波在空气中的传播速度和反射原理，通过测量超声波发射和接收之间的时间间隔来计算被测物体与测距仪之间的距离。

超声波在空气中的传播速度约为 340 m/s。

3. 实验器材与步骤3.1 器材1.超声波测距仪；2.连接线；3.测量物体。

3.2 步骤1.连接超声波测距仪与电源；2.打开超声波测距仪，进行自检；3.将测量物体放置在合适的位置；4.调整超声波测距仪的测量范围；5.记录测量数据；6.分析数据，计算距离。

4. 实验数据与分析本实验共进行五次测量，记录数据如下：序号 | 测量距离（cm） | 误差（cm） |— | ———— | ——– |1 | 150.0 | 2.0 |2 | 152.5 | 1.5 |3 | 148.0 | 2.0 |4 | 151.0 | 1.0 |5 | 149.5 | 1.5 |平均距离 = (150.0 + 152.5 + 148.0 + 151.0 + 149.5) / 5 = 150.0 cm最大误差 = 2.0 cm最小误差 = 1.0 cm5. 实验总结本次实验掌握了超声波测距的基本原理和操作方法，通过对测量数据的分析，得出被测物体与测距仪之间的平均距离为 150.0 cm，最大误差为 2.0 cm，最小误差为 1.0 cm。

实验结果表明，超声波测距技术在实际应用中具有较高的准确性和可靠性。

6. 建议与改进1.在实验过程中，要确保测量物体与测距仪之间的距离在测距仪的测量范围内；2.提高实验操作技巧，减小人为误差；3.后续可以尝试使用不同类型的超声波测距仪进行实验，比较其性能和精度。

7. 实验拓展7.1 超声波测距的应用领域超声波测距技术广泛应用于工业、农业、医疗、交通、安防等领域，例如：1.工业领域：测量物体的尺寸、厚度、距离等；2.农业领域：测量土壤湿度、作物高度等；3.医疗领域：测量人体内部器官的距离、厚度等；4.交通领域：车辆测距、速度检测等；5.安防领域：监控设备、报警系统等。

基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计一、本文概述超声波测距技术因其非接触、高精度、实时性强等特点，在机器人导航、车辆避障、工业测量等领域得到了广泛应用。

STM32单片机作为一种高性能、低功耗的嵌入式系统核心，为超声波测距系统的设计提供了强大的硬件支持。

本文旨在设计一种基于STM32单片机的高精度超声波测距系统，以满足不同应用场景的需求。

二、超声波测距原理本部分将介绍超声波测距的基本原理，包括超声波的产生、传播、接收以及距离的计算方法。

同时，分析影响超声波测距精度的主要因素，为后续系统设计提供理论基础。

三、系统硬件设计3、1在设计基于STM32单片机的高精度超声波测距系统时，我们遵循了“精确测量、稳定传输、易于扩展”的总体设计思路。

我们选用了STM32系列单片机作为系统的核心控制器，利用其强大的处理能力和丰富的外设接口，实现了对超声波发射和接收的精确控制。

在具体设计中，我们采用了回波测距法，即发射超声波并检测其回波，通过测量发射与接收之间的时间差来计算距离。

这种方法对硬件的精度和稳定性要求很高，因此我们选用了高精度的超声波传感器和计时器，以确保测量结果的准确性。

我们还考虑到了系统的可扩展性。

通过STM32的串口通信功能，我们可以将测量数据上传至计算机或其他设备进行分析和处理，为后续的应用开发提供了便利。

我们还预留了多个IO接口，以便在需要时添加更多的传感器或功能模块。

本系统的设计思路是在保证精度的前提下，实现稳定、可靠的超声波测距功能，并兼顾系统的可扩展性和易用性。

31、1.1随着物联网、机器人技术和自动化控制的快速发展，精确的距离测量技术在各个领域的应用越来越广泛。

超声波测距技术作为一种非接触式的距离测量方式，因其具有测量精度高、稳定性好、成本相对较低等优点，在工业自动化、智能家居、机器人导航、安防监控等领域得到了广泛应用。

STM32单片机作为一款高性价比、低功耗、高性能的嵌入式微控制器，在智能设备开发中占据重要地位。

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。

高精度超声波测距系统设计康雅萍;刘震宇;郭鑫;张立【摘要】在市场普遍使用的超声波测距系统的基础上,针对普遍存在的缺陷,从硬件和软件两方面对超声波测距系统进行了改进.在超声波测距发射和接收部分分别创新性地使用了MAX232和双电压比较器,用于提高测量精度,减小盲区.为了排除环境因素对声速的影响,系统加入了声速校验功能.通过实验验证,本系统有效地减小了盲区,增大了量程,可测范围为2～400 cm,提高了测量精度,保证误差在2～6 mm 左右.【期刊名称】《实验技术与管理》【年(卷),期】2010(027)003【总页数】4页(P61-64)【关键词】超声波;测距;温度校验;电压比较器【作者】康雅萍;刘震宇;郭鑫;张立【作者单位】北京林业大学理学院,北京,100083;北京林业大学理学院,北京,100083;北京林业大学理学院,北京,100083;北京林业大学理学院,北京,100083【正文语种】中文【中图分类】TB51超声波测距是一种性价比较高的非接触测距方法。

超声波的指向性强,能量衰减慢,在介质中传播距离远,其回波容易被检测出来[1],被广泛应用于现代工业生产过程中,例如液位的测量、煤层的测厚、机器人定位、辅助视觉系统、车辆的定位与导航、汽车防撞雷达、井深及管道长度测量等方面。

然而,目前市场上一般的超声波测距系统,精度不高,缺少温湿度模块以修正声速,盲区较大(达 20 cm),有效量程短(低于3 m)。

在本文针对以上缺点而设计的超声波测距装置中,创新地加入了温度测量模块以修正声速,双电压比较器电路和特殊算法提高了测量精度,MAX232发射电路优化了超声波测距系统的性能。

1 硬件设计针对温度和超声波传播中的衰减对测量精度的影响,从硬件和软件两方面综合考虑,设计了如图1所示的超声波测距系统。

该系统选用超声传感器T R40-16,采用单片机产生40 kHz的方波,并通过MAX232的电压汞放大信号,驱动超声波传感器产生40 kHz的超声波。

超声波测距实验报告电子综合实验课程报告课题名称:超声测距仪专业:生物医学工程班级:,,级生物医学,,班姓名:敖一鹭刘晓莎尹曼邹燕一引言随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。

但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。

声波测距作为一种典型的非接触测量方法，在很多场合，诸如工业自动控制，建筑工程测量和机器人视觉识别等方面得到广泛的应用。

和其他方法相比，如激光测距、微波测距等，由于声波在空气中传播速度远远小于光线和无线电波的传播速度，对于时间测量精度的要求远小于激光测距、微波测距等系统，因而超声波测距系统电路易实现、结构简单和造价低，且超声波在传播过程中不受烟雾、空气能见度等因素的影响，在各种场合均得到广泛应用。

然而超声波测距在实际应用也有很多局限性，这都影响了超声波测距的精度。

一是超声波在空气中衰减极大，由于测量距离的不同，造成回波信号的起伏，使回波到达时间的测量产生较大的误差;二是超声波脉冲回波在接收过程中被极大地展宽，影响了测距的分辨率，尤其是对近距离的测量造成较大的影响。

其他还有一些因素，诸如环境温度、风速等也会对测量造成一定的影响，这些因素都限制了超声波测距在一些对测量精度要求较高的场合的应用，如何解决这些问题，提高超声波测距的精度，具有较大的现实意义。

为了今后能够为社会做出更多有益的发明发现，超声测距课程设计应运而生。

二课题要求以单片机AT89C51为中心控制单元，配以超声波发射、接收装置，实现超声波发射及接收其遇到障碍物发生反射形成的回波信号，并根据超声波在介质中的传播速度及超声波从发射到接收到回波的时间，计算出发射点距障碍物的距离，设计出一套基于单片机的脉冲反射式超声波测距系统，利用单片机进行操作控制，用数码管作输出显示，设计发射、接收、检测、显示硬件电路和测距系统软件。

三基本要求1 能实现测距操作;2 能清晰稳定地显示测量结果, 具有测量完成提示;3 能正确实现单次测量;4 测量范围在0.5——2m;5 测量精确度2cm。

超声测距实验报告一、实验目的本次超声测距实验的主要目的是研究和掌握利用超声波进行距离测量的原理和方法，并通过实际操作和数据分析，评估测量系统的精度和可靠性。

二、实验原理超声波是一种频率高于 20kHz 的机械波，其在空气中传播时具有良好的指向性和反射特性。

超声测距的基本原理是利用超声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间差来计算距离。

具体计算公式为：距离＝（超声波传播速度×传播时间）／ 2 。

在常温常压下，空气中超声波的传播速度约为 340 米/秒。

通过测量超声波从发射到接收的时间间隔 t，就可以计算出距离。

三、实验仪器与材料1、超声测距模块：包括发射探头和接收探头。

2、微控制器：用于控制超声模块的工作和处理数据。

3、显示设备：用于显示测量结果。

4、电源：为整个系统供电。

5、障碍物：用于反射超声波。

四、实验步骤1、硬件连接将超声测距模块的发射探头和接收探头正确连接到微控制器的相应引脚。

连接电源，确保系统正常供电。

将显示设备与微控制器连接，以便显示测量结果。

2、软件编程使用相应的编程语言，编写控制超声模块工作和处理数据的程序。

实现测量时间的计算和距离的换算，并将结果输出到显示设备。

3、系统调试运行程序，检查系统是否正常工作。

调整发射功率和接收灵敏度，以获得最佳的测量效果。

4、测量实验将障碍物放置在不同的距离处，进行多次测量。

记录每次测量的结果。

五、实验数据与分析以下是在不同距离下进行多次测量得到的数据：｜距离（米）｜测量值 1（米）｜测量值 2（米）｜测量值 3（米）｜平均值（米）｜误差（米）｜｜｜｜｜｜｜｜｜ 05 ｜ 048 ｜ 052 ｜ 050 ｜ 050 ｜ 000 ｜｜ 10 ｜ 095 ｜ 105 ｜ 100 ｜ 100 ｜ 000 ｜｜ 15 ｜ 148 ｜ 152 ｜ 150 ｜ 150 ｜ 000 ｜｜ 20 ｜ 190 ｜ 205 ｜ 195 ｜ 197 ｜ 003 ｜｜ 25 ｜ 240 ｜ 255 ｜ 245 ｜ 247 ｜ 003 ｜｜ 30 ｜ 290 ｜ 305 ｜ 295 ｜ 297 ｜ 003 ｜通过对实验数据的分析，可以看出在较近的距离（05 米至 15 米）内，测量误差较小，基本可以准确测量。

高精度超声波测距方法的研究赵浪涛;赵永花;柴清【摘要】在超声波测距中,通常因温度和时间检测的误差,使得测距的精度不高.为提高超声波测距的精度,对传统超声测距在结构上进行了改进,实现温度补偿校正.同时,根据超声波回波信号的特征,利用Morlet复小波信号处理方法,实现回波包络峰值检测方法,准确测定传输时间,达到精确测定距离的目的,可以显著提高超声测距的精度,增强超声检测应用的可靠性.【期刊名称】《电气自动化》【年(卷),期】2015(037)003【总页数】3页(P112-114)【关键词】超声波测距;温度补偿;Morlet小波;信号处理;峰值检测【作者】赵浪涛;赵永花;柴清【作者单位】兰州工业学院,甘肃兰州730050;兰州工业学院,甘肃兰州730050;兰州工业学院,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TB472;TP274+.530 引言超声测距是一种非接触式的测量方法，与红外线、激光等测距方法比较，具有灵敏度高，抗声波和电磁干扰能力强，在实现上简单、成本低、可靠性高、便于安装维护等优点，因此在液位测量、机器人定位和避障、短距离无障碍长度测量、计算机视觉辅助识别等方面具有广泛的应用前景。

但常规的超声波测距普遍测量精度较低，为实现测量精度的要求，对常规测距方法进行结构改造、应用先进的Morlet复小波信号处理方式，提高超声波测距的精度，达到工业控制所容许误差范围。

1 常规超声波测距的原理及系统组成常规超声波测距的原理［1］是利用超声波发射器连续地发射出40 kHz声波信号，一旦遇到障碍物，超声波就会被反射回来，然后利用超声波接收器接收接受回波信号，利用微处理器测量出从发射超声波到接收到超声波的时间差t，根据声波在空气中的传播速度c，通过微处理器就可以计算机出从发射点障碍物的距离为d=ct。

其测量系统组成如图1所示。

图1 超声波测距系统组成2 超声波测距温度补偿校正常规超声波测距中，受到空气中环境温、湿度以及大气压的影响，声波的传输速度跟着变化，特别是环境温度的变化引起声波传输速度的影响，为了提高测量的精度，使测量具有实际工程应用前景，加装温度补偿校正装置很有必要。

Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2023年第17期·57·文章编号：2095-6835（2023）17-0057-03基于HC-SR04模块的高精度超声测距系统王永彬（临沂科技职业学院，山东临沂276000）摘要：研究设计了一种基于HC-SR04超声传感器、单片机和LCD1602液晶模块的超声波测距系统，并利用温度补偿算法和单片机门控触发精确定时中断技术进行测距修正，保证了不同温度环境下超声测距的高精度。

同时把测量结果实时显示在LCD1602液晶屏，并在达到设定安全距离时进行声音提醒报警或驱动执行机构动作，可广泛应用于生产线上的物品位置检测、汽车倒车距离安全提醒等场合。

关键词：超声测距原理；传感器；声速温度修正；液晶显示中图分类号：TP274.5文献标志码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2023.17.016在实际生产和生活中，经常需要对距离（位置）进行测量，以进行距离的直接提示，或者以距离为参量进行其他物理量的计算和控制，比如计算物体的速度。

测量距离的方法有很多种，总体上看有直接测量法（如利用尺子测量）和间接测量法（如激光测距、红外线测距、超声波测距等）2种。

由于超声波波束定向指向性强，在介质中传播时能量损耗比较小[1]，特别是在空气、水中传播能达到较远的距离，因而适合利用超声波的这一特性进行距离的测量。

利用超声波测距的特点是测量过程迅速和方便，并且计算简单，测量精度高，因此被大量应用于工业场合，比如汽车的倒车雷达、移动机器人的位置确认等，都是超声波测距方式的典型应用。

1超声波测距原理超声波测距原理是利用超声波换能器的发射装置发出一定频率的超声波，超声波遇到障碍物时就会有反射波反射回来并被接收器接收，利用从发射到接收的往返时间差就可以进行距离测量，这与无线电雷达的测距原理很相似。

具体实现过程是：超声波模块的发射器向要进行测距的特定方向发射超声波，在发射开始的瞬间同步开始计时，如果没有障碍物，超声波在空气中会向前自由传播，当途中碰到障碍物阻挡时则会立即被反射回来，当反射波到达接收器时就立即停止计时操作。

超声波精确测距的研究超声波测距是一种重要的无损检测技术，在工业、医疗和科研等领域具有广泛的应用价值。

随着科学技术的发展，对超声波测距的精度和稳定性的要求也越来越高。

本文将围绕超声波精确测距的研究展开，首先介绍超声波测距的背景和现状，然后提出存在的问题和相应的研究方法，最后分析实验结果并展望未来研究方向。

超声波测距的研究现状超声波测距的方法主要有时间差法、幅值法、频率法和相位法等。

其中，时间差法是最常用的方法，其原理是利用超声波传播速度与传播时间的乘积来确定距离。

目前，研究人员已经提出了多种优化时间差法测距的技术，如多普勒频移补偿、回波信号增强、噪声抑制等。

问题提出尽管现有的超声波测距方法已经取得了一定的成果，但仍存在一些问题。

首先，测距精度受到多种因素的影响，如超声波传播速度的变化、检测表面的粗糙度等。

其次，现有的方法在低噪声环境下测距效果较好，但在复杂环境下，如存在多径效应、衰减效应等时，测距精度和稳定性会受到较大影响。

因此，如何提高超声波测距的精度和稳定性是亟待解决的问题。

研究方法为了解决上述问题，本文采用了以下研究方法：1、实验设计：设计不同距离、不同材料的超声波测距实验，以模拟实际应用中的各种情况。

2、数据采集和处理：利用高精度数据采集卡和信号处理软件，获取超声波回波信号，并进行信号增强、噪声抑制等处理。

3、误差分析：通过对实验数据的分析，找出影响测距精度的主要因素，并对其进行误差分析。

实验结果与分析实验结果表明，超声波测距的精度和稳定性得到了显著提高。

在近场区域内，测距误差小于1%，稳定性良好；在远场区域内，测距误差略高，但仍在可接受范围内。

通过对实验数据的分析，发现超声波传播速度的波动和检测表面粗糙度是影响测距精度的主要因素。

在复杂环境下，本文所采用的方法具有较好的鲁棒性和抗干扰能力。

结论与展望本文通过对超声波精确测距的研究，提出了一种有效的优化方法，提高了测距精度和稳定性。

然而，仍存在一些局限性，如对复杂环境的适应能力有待进一步提高。