超声波测距资料知识讲解.docx
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超声波测距资料知识讲解
超声波测距资料
资料
超声波测距传感器SDM-IO
本模块最远测试距离是1500mm,测量周期10ms专为小车设计。
1、本模块性能稳定，测度距离精确。
能和国外的SRF05,SRF02等
超声波测距模块相媲美。
模块高精度，首创无盲区（0cm开始测量），稳定的测距是此产品成功走向市场的有力保障。
2主要技术参数：
1）使用电压：
DC3.8-5.5V
2）静态电流：
小于8mA
3）输出TTL电平
4）感应角度：
不大于15度
5）探测距离：
0cm-1500mm
6）高精度：
可达3mm
接线方式，VCC、trig（控制端）、echo（接收端）、GND
模块主要特点：
（1）超微型，只相当于两个发射，接收头的面积，已经没法再小了
（2）无盲区（8mm内成三角形误差稍大）.
（3）反应速度快,10ms的测量周期，不容易丢失高速目标。
（4）发射头，接收头紧靠，和被测目标基本成直线关系（8mm内还是大
三角形，这个是发射，接收头的物理形状决定了）.
（5）模块上有LED指示，方便观察和测试！
1:
超声波测距原理
超声波是一种频率比较高的声音，指向性强.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=CXT
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）。
已知超声波速度C=344m/s（20C室温）
超声波传播速度误差
超声波的传播速度受空气的密度所影响，空气的密度越高则超声波的传播速度就越快，而空气的密度又与温度有着密切的关系，近似公式为：
C=C0+0.607XTC
式中：
C0为零度时的声波速度332m/s；
T为实际温度（C）。
对于超声波测距精度要求达到1mm寸，就必须把超声波传播的环境温度考虑进去。
2:
超声波模块使用方法
使TRIG=0，最少延迟10us的时间,然后TRIG=1,超声波模块此时开始启动一个测量周期,发射若干个40khz的声波,然后启动10ms的定时器等待反射波，如果收到反射波,模块的ECHC输出一个宽度为150us的负脉冲,从TRIG=1到ECHO=K时间即为从发射到收到发射波的时间.
3:
为什么距离最远只有1500mm?
本传感器专为智能小车等微型设备而设计，适合小范围，小空间，封闭空间的场合，大家知道,超声波传输速度低，衰减时间长，如果一味追求距离，就会导致响应时间长,丢失目标,在室内等封闭场合会形成多次发射震荡，传感器就无法正常工作了.
F面从传感器的反应时间来分析距离的问题
超声波空气中速度每秒约340米,折算成毫秒,就是340mm/ms探测距离为1500mm的话，探测到回波的距离就是3000mm超声波的传输时间是9ms,加上电路延迟,传感器的能量延迟，再预留一些保护时间（让上次超声波能量消失），每次测量时间就是10ms.10ms的反应速度对于智能小车来说是合适的，高速运动时不会丢失目标.
现在市面有一种传感器是5米,这个5米是最大距离，探测目标一般是墙面等大发射面,对于小目标是不可能达到的，先不管这个小目标到底是多少距离了，我们从传感器的反应时间来分析.这种传感器的时序跟我们的不同，它是先收到反馈然后再从Echo的脉宽上反馈出来的，而不是从echo和trig的时差来反馈的，这样传感器的反应时间又增加了一倍！
这样5米传感器的反应时间最少是（上面计算1米的最少时间是6ms）:
5*6*2=60ms!
就算最快60ms的测量周期，对于智能小车能应用已经太迟钝了！
当主控CPU探测到目标时，小车恐怕已经撞上去了！
4:
你的超声波发射和接收头靠的很近，为什么？
大家看到的超声波传感器一般发射和接收头分得比较开，是因为靠的越近发射头
的横向波能量传递给接收头的越高，导致盲区变得很大，甚至无法正常工作，让发射头和接收头分开点是不得以而为之，这样带为的坏处是发射头，接收头和测量物体之间是三角形连接！
很明显距离越近，三角形的角度就越大，这样就带来误差了.而本店传感器的发射头和接收头是紧密挨在一起的，和探测目标就是平行关系,而不是三角关系.
5:
你的超声波模块真的无盲区？
千真万确!
商品图片里带有示波器的截图，大家可以看到发射波和反射波的时间关系,反射波只有一个！
本超声波传感器独创性的消除了横向干扰波，最小测量距离从0开始.
6:
计算距离为什么要减去固定延迟
超声波发射头和接收头的内部晶体和外体有一个固定距离，电路也有固定延迟
总延迟时间为250us,当减去这个250us延迟时程序要做一些容错判断，因为近距离（10mm内）误差较大（距离在10mn范围内,发射头,接收头,和目标形成大三角形,测量误差大）,t2-t1非常接近250us时当作0距离处理,当t2-t1>250us时可线性处理•
7:
不同物体测量距离不同？
对!
因为超声波就是频率高些的声音，不同材料，形状的物体对声音的吸收率不同反射角度不同，只有反射到接收头（也就是超声波发射的方向）的能量才会被探测到,所以不同物体测量的有效测量距离不同•一般来说,平面光滑的物体（如镜面）反射距离最远，通常说的最大探测距离指的就是这类物体，细小的物体探测距离很近很多，如细棉线,面积小,而且吸收声音，就探测不到•
下面列举实际物体的最大探测距离:
1.圆珠笔,200mm
2.手,400mm
3.1mm粗带塑料套的电线,30mm
4.游标卡尺,450mm
5.人体（穿厚衣服）,400mm
6.墙面,1200mm（最大1500mm左右，需要垂直测量）
7.1mm粗细棉线，探测不到
8.竹牙签,40mm
8:
有应用例程吗？
有，下面引用一个位网友的程序，用51单片机做的控制，功能是每隔12ms重复测量,并把测量结果发送到串口，在PC上用sscom32程序观察.在这个例子中，用到了两个10,—个做输入，一个做输出，如果10紧张,能不能用更少的10呢？
可以的,具体见下一个问答.
#inelude"reg51.h"
#inelude"sio.h"sbitTRIG=P2A7;
sbitECHO=卩2八6;
#defineXTAL19660800L
#definw
sPERIOD12MS（12L
*XTAL/
12L/
256L
/1000L）
#defineDISTANCE_PARAM（XTAL/10000L）
void
delay（unsignedint
t）
{
while（t--）;
}
void
main（void）
{
EA=0;
TMOD&=~0x0F;
//
clear
timer
0modebits
TMOD|=0x01;
//
put
timer
0intoMODE1
16bit
com」nitialize（）;/*initializeinterruptdriven
serialI/O*/
com_baudrate（14400）;/*setupfor14400baud*/
EA=1;//
EnableInterrupts
while
（1）
{
unsignedintdistanee;
unsignedchardh,dl;
START:
TR0=0;
THO=0;
TLO=0;
TRIG=0;//发出一个负脉冲,启动一个测量周期
delay（100）;
TRIG=1;//开始测量
TR0=1;//同时启动定时器0
while（ECHO）//监视ECHO信号
{
if（TH0>=PERIOD12MS）//一个测量周期超时
gotoSTART;
}
TR0=0;//停止计时
//计算距离:
为了提高精度，分母分子取合适的数值，定时器
计数换算成时间*声速（340）,得到以mn为单位
distanee=（（TH1*256+TL1）*12L*34L）/DISTANCE_PARAM/2;
if（distanee>=30）
distanee-=30;
else
distanee=0;
dh=distanee>>8;
dl=distanee;
com_putchar（dh）;
1；
com_putchar（dl）;
TROwhile（TH0纟勺12ms的测量周期
9:
IO紧张,可以用更少的10吗?
可以，但需要理解,这一个io是半双工操作的,也就是说,主控CPU俞出的时候,模块只能输入，模块输出的时候,CPU只能输入，为了避免出错导致主控和模块同时输出,主控CPU勺I0和模块的TRIG,ECHO＞间串联一个合适的电阻保护,如1k,这样即使程序出错,硬件也不会损坏.
主控CPU----[1k电阻]-----TRIG,ECHO连接在一起.
#include"reg51.h"
#include"sio.h"
sbitTRIG=P2A0;//主控单片机的P2.0同时连接模块的TRIG,ECHO,
中间串1k电阻
sbitECHO=P2A0;
#defineXTAL19660800L
#definePERIOD12MS（12L*XTAL/12L/256L/1000L）#defineDISTANCE_PARAM（XTAL/10000L）
voiddelay（unsignedintt）
{
while（t--）;
}
voidmain（void）
{
EA=0;
serialI/O*/
EnableInterrupts
while
（1）
{
unsignedintdistanee;
unsignedchardh,dl;
START:
TRO=0;
THO=0;
TLO=0;
TRIG=0;//发出一个负脉冲,启动一个测量周期
delay（IOO）;
TRIG=1;//开始测量
TRO=1;//同时启动定时器O
while（ECHO）//监视ECHO信号
{
if（THO>=PERIOD12MS）//一个测量周期超
gotoSTART;
}
TRO=0;//停止计时
//计算距离：
为了提高精度，分母分子取合适的数值，定时器计数换算成时间*声速（340）,得到以mm为单位
distanee=（（TH1*256+TL1）*12L*34L）/DISTANCE_PARAM/2;
if（distanee>=30）
distanee-=30;
else
distanee=0;
dh=distanee>>8;
dl=distanee;
com_putchar（dh）;
eom_putchar（dl）;
TRO=1;
while（THO}
}
10:
需要更短周期的测量，可以吗
可以,模块只捕获第一个反射信号，ECHO俞出（150us脉冲）后马上等待下一个测量命令（TRIG上的脉冲）,如果主控CPU监控ECHO勺电平信号,在ECHO^0变到1后马上就可以进行下一轮测量了，而不必等到10ms后再进行测量•但需要注意:
超声波有可能多次来回发射（在被测物体距离很近或很封闭的空间）,连续测量如果碰到这种场合就有可能收到错误的信号，导致测得的距离不准确了.
11:
抗干扰性如何
抗干扰性能比较强•设计上有几个措施:
1.尽量降低输入阻抗，阻抗越高越容易引入干扰;2.模块设计的距离比较近，信号放大倍数只满足此距离;3.一般干扰源离模块越近,越容易干扰，模块对近距离的信号进行了衰减•经实际测试，模块对近距离的噪音（击掌,口哨,音频喇叭）干扰不产生动作，但较强机械震动有时会产生干扰（有较强谐波，含40khz成分）,因此超声波模块避免跟可能产生振动的物体硬连接,中间可以用橡胶等减震，这样就能可靠工作了•
12:
探测角度?
近距离探测角度比较大，约60度,越远距离,探测角度越小，最远处接近0度.
13:
模块有其他接口方式吗？
有.另有TTL串口模式.其他如IIC,SPI可以定做，但最常用的是10和TTL接口方式,具体咨询店主•
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