超聲波測距資料

2024年3月27日發(作者：扎頭發的拼音)

資料

超聲波測距傳感器SDM-IO

本模塊最遠測試距離是1500mm,測量周期10ms專為小車設計。

１、本模塊性能穩定，測度距離精確。能和國外的SRF05,SRF02等

超聲波測距模塊相媲美。模塊高精度，首創無盲區（0cm開始測量）,

穩定的測距是此產品成功走向市場的有力保障。

2 主要技術參數：

1）使用電壓：DC3.8-5.5V

2）靜態電流：小于8mA

3）輸出TTL電平

4）感應角度：不大于15度

5）探測距離：0cm-1500mm

6）高精度：可達3mm

接線方式，VCC、trig（控制端）、 echo（接收端）、 GND

模塊主要特點:

(1)超微型,只相當于兩個發射,接收頭的面積,已經沒法再小了.

(2)無盲區(8mm內成三角形誤差稍大).

(3)反應速度快,10ms的測量周期,不容易丟失高速目標。

(4)發射頭,接收頭緊靠,和被測目標基本成直線關系(8mm內還是

大三角形,這個是發射,接收頭的物理形狀決定了).

(5)模塊上有LED指示,方便觀察和測試!

1:超聲波測距原理

超聲波是一種頻率比較高的聲音,指向性強.超聲波測距的原理是利用超聲波在

空氣中的傳播速度為已知，測量聲波在發射后遇到障礙物反射回來的時間，根據

發射和接收的時間差計算出發射點到障礙物的實際距離。由此可見，超聲波測距

原理與雷達原理是一樣的。

測距的公式表示為：L=C×T

式中L為測量的距離長度；C為超聲波在空氣中的傳播速度；T為測量距離傳播

的時間差(T為發射到接收時間數值的一半)。

已知超聲波速度C=344m/s (20℃室溫)

超聲波傳播速度誤差

超聲波的傳播速度受空氣的密度所影響，空氣的密度越高則超聲波的傳播速度就

越快，而空氣的密度又與溫度有著密切的關系,近似公式為：C=C0+0.607×T℃

式中：C0為零度時的聲波速度332m/s；

T為實際溫度(℃)。

對于超聲波測距精度要求達到1mm時，就必須把超聲波傳播的環境溫度考慮進

去。

2:超聲波模塊使用方法

使TRIG=0,最少延遲10us的時間,然后TRIG=1,超聲波模塊此時開始啟動一個測

量周期,發射若干個40khz的聲波,然后啟動10ms的定時器等待反射波,如果收到

反射波,模塊的ECHO輸出一個寬度為150us的負脈沖,從TRIG=1到ECHO=0的時

間即為從發射到收到發射波的時間.

3:為什么距離最遠只有1500mm?

本傳感器專為智能小車等微型設備而設計,適合小范圍,小空間,封閉空間的場合,

大家知道,超聲波傳輸速度低,衰減時間長,如果一味追求距離,就會導致響應時

間長,丟失目標,在室內等封閉場合會形成多次發射震蕩,傳感器就無法正常工作

了.

下面從傳感器的反應時間來分析距離的問題:

超聲波空氣中速度每秒約340米,折算成毫秒,就是340mm/ms,探測距離為1500mm

的話,探測到回波的距離就是3000mm,超聲波的傳輸時間是9ms,加上電路延遲,

傳感器的能量延遲,再預留一些保護時間(讓上次超聲波能量消失),每次測量時

間就是10ms.10ms的反應速度對于智能小車來說是合適的,高速運動時不會丟失

目標.

現在市面有一種傳感器是5米,這個5米是最大距離,探測目標一般是墻面等大發

射面,對于小目標是不可能達到的,先不管這個小目標到底是多少距離了,我們從

傳感器的反應時間來分析.這種傳感器的時序跟我們的不同,它是先收到反饋然

后再從Echo的脈寬上反饋出來的,而不是從echo和trig的時差來反饋的,這樣

傳感器的反應時間又增加了一倍!這樣5米傳感器的反應時間最少是(上面計算1

米的最少時間是6ms):5*6*2=60ms!就算最快60ms的測量周期,對于智能小車能

應用已經太遲鈍了!當主控CPU探測到目標時,小車恐怕已經撞上去了!

4:你的超聲波發射和接收頭靠的很近,為什么?

大家看到的超聲波傳感器一般發射和接收頭分得比較開,是因為靠的越近發射頭

的橫向波能量傳遞給接收頭的越高,導致盲區變得很大,甚至無法正常工作,讓發

射頭和接收頭分開點是不得以而為之,這樣帶為的壞處是發射頭,接收頭和測量

物體之間是三角形連接!很明顯距離越近,三角形的角度就越大,這樣就帶來誤差

了.而本店傳感器的發射頭和接收頭是緊密挨在一起的,和探測目標就是平行關

系,而不是三角關系.

5:你的超聲波模塊真的無盲區?

千真萬確!商品圖片里帶有示波器的截圖,大家可以看到發射波和反射波的時間

關系,反射波只有一個!本超聲波傳感器獨創性的消除了橫向干擾波,最小測量距

離從0開始.

6:計算距離為什么要減去固定延遲?

超聲波發射頭和接收頭的內部晶體和外體有一個固定距離,電路也有固定延遲,

總延遲時間為250us,當減去這個250us延遲時程序要做一些容錯判斷,因為近距

離(10mm內)誤差較大(距離在10mm范圍內,發射頭,接收頭,和目標形成大三角形,

測量誤差大),t2-t1非常接近250us時當作0距離處理,當t2-t1>250us時可線

性處理.

7:不同物體測量距離不同?

對!因為超聲波就是頻率高些的聲音,不同材料,形狀的物體對聲音的吸收率不同,

反射角度不同,只有反射到接收頭(也就是超聲波發射的方向)的能量才會被探測

到,所以不同物體測量的有效測量距離不同.一般來說,平面光滑的物體(如鏡面)

反射距離最遠,通常說的最大探測距離指的就是這類物體,細小的物體探測距離

很近很多,如細棉線,面積小,而且吸收聲音,就探測不到.

下面列舉實際物體的最大探測距離:

1.圓珠筆,200mm

2.手,400mm

3.1mm粗帶塑料套的電線,30mm

4.游標卡尺,450mm

5.人體(穿厚衣服),400mm

6.墻面,1200mm(最大1500mm左右,需要垂直測量)

7.1mm粗細棉線,探測不到

8.竹牙簽,40mm

8:有應用例程嗎?

有,下面引用一個位網友的程序,用51單片機做的控制,功能是每隔12ms重復測

量,并把測量結果發送到串口,在PC上用sscom32程序觀察.在這個例子中,用到

了兩個IO,一個做輸入,一個做輸出,如果IO緊張,能不能用更少的IO呢?可以的,

具體見下一個問答.

#include "reg51.h"

#include "sio.h"

sbit TRIG = P2^7;

sbit ECHO = P2^6;

#define XTAL 19660800L

#define PERIOD12MS (12L * XTAL / 12L / 256L / 1000L)

#define DISTANCE_PARAM (XTAL / 10000L)

void delay(unsigned int t)

{ while(t--) ;

}

void main (void)

{

EA = 0;

TMOD &= ~0x0F; // clear timer 0 mode bits

TMOD |= 0x01; // put timer 0 into MODE 1, 16bit

com_initialize (); /* initialize interrupt driven rial I

/O */

com_baudrate (14400); /* tup for 14400 baud */

EA = 1; // Enable

Interrupts

while (1)

{

unsigned int distance;

unsigned char dh, dl;

START:

TR0 = 0;

TH0 = 0;

TL0 = 0;

TRIG = 0; //發出一個負脈沖,啟動一個測量周期

delay(100);

TRIG = 1; //開始測量

TR0 = 1; //同時啟動定時器0

while (ECHO) //監視ECHO信號

{

if (TH0 >= PERIOD12MS) //一個測量周期超時

goto START;

}

TR0 = 0; //停止計時

//計算距離:為了提高精度,分母分子取合適的數值,定時器

計數換算成時間*聲速(340),得到以mm為單位

distance = ((TH1 * 256 + TL1) * 12L * 34L) / DISTANCE_PARAM / 2;

if (distance >= 30)

distance -= 30;

el

distance = 0;

dh = distance >> 8;

dl = distance;

com_putchar(dh);

com_putchar(dl);

TR0 = 1;

while (TH0 < PERIOD12MS) ; //保持大約12ms的測量

周期

}

}

9:IO緊張,可以用更少的IO嗎?

可以,但需要理解,這一個IO是半雙工操作的,也就是說,主控CPU輸出的時候,

模塊只能輸入,模塊輸出的時候,CPU只能輸入,為了避免出錯導致主控和模塊同

時輸出,主控CPU的IO和模塊的TRIG,ECHO之間串聯一個合適的電阻保護,如1k,

這樣即使程序出錯,硬件也不會損壞.

主控CPU----[1k電阻]-----TRIG,ECHO連接在一起.

#include "reg51.h"

#include "sio.h"

sbit TRIG = P2^0; //主控單片機的P2.0同時連接模塊的TRIG,ECHO,中間串1k電

阻

sbit ECHO = P2^0;

#define XTAL 19660800L

#define PERIOD12MS (12L * XTAL / 12L / 256L / 1000L)

#define DISTANCE_PARAM (XTAL / 10000L)

void delay(unsigned int t)

{

while(t--) ;

}

void main (void)

{

EA = 0;

TMOD &= ~0x0F; // clear timer 0 mode bits

TMOD |= 0x01; // put timer 0 into MODE 1, 16bit

com_initialize (); /* initialize interrupt driven rial I

/O */

com_baudrate (14400); /* tup for 14400 baud */

EA = 1; // Enable

Interrupts

while (1)

{

unsigned int distance;

unsigned char dh, dl;

START:

TR0 = 0;

TH0 = 0;

TL0 = 0;

TRIG = 0; //發出一個負脈沖,啟動一個測量周期

delay(100);

TRIG = 1; //開始測量

TR0 = 1; //同時啟動定時器0

while (ECHO) //監視ECHO信號

{

if (TH0 >= PERIOD12MS) //一個測量周期超時

goto START;

}

TR0 = 0; //停止計時

//計算距離:為了提高精度,分母分子取合適的數值,定時器計數換算成時

間*聲速(340),得到以mm為單位

distance = ((TH1 * 256 + TL1) * 12L * 34L) / DISTANCE_PARAM / 2;

if (distance >= 30)

distance -= 30;

el

distance = 0;

dh = distance >> 8;

dl = distance;

}

com_putchar(dh);

com_putchar(dl);

TR0 = 1;

while (TH0 < PERIOD12MS) ; //保持大約12ms的測量周期

}

10:需要更短周期的測量,可以嗎?

可以,模塊只捕獲第一個反射信號,ECHO輸出(150us脈沖)后馬上等待下一個測

量命令(TRIG上的脈沖),如果主控CPU監控ECHO的電平信號,在ECHO從0變到1

后馬上就可以進行下一輪測量了,而不必等到10ms后再進行測量.但需要注意:

超聲波有可能多次來回發射(在被測物體距離很近或很封閉的空間),連續測量如

果碰到這種場合就有可能收到錯誤的信號,導致測得的距離不準確了.

11:抗干擾性如何?

抗干擾性能比較強.設計上有幾個措施:1.盡量降低輸入阻抗,阻抗越高越容易引

入干擾;2.模塊設計的距離比較近,信號放大倍數只滿足此距離;3.一般干擾源離

模塊越近,越容易干擾,模塊對近距離的信號進行了衰減.經實際測試,模塊對近

距離的噪音(擊掌,口哨,音頻喇叭)干擾不產生動作,但較強機械震動有時會產生

干擾(有較強諧波,含40khz成分),因此超聲波模塊避免跟可能產生振動的物體

硬連接,中間可以用橡膠等減震,這樣就能可靠工作了.

12:探測角度?

近距離探測角度比較大,約60度,越遠距離,探測角度越小,最遠處接近0度.

13:模塊有其他接口方式嗎?

有.另有TTL串口模式.其他如IIC,SPI可以定做,但最常用的是IO和TTL接口方

式,具體咨詢店主.