超声波测距资料

2024年3月27日发(作者：扎头发的拼音)

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=C×T

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 (20℃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+0.607×T℃

式中：C0为零度时的声波速度332m/s；

T为实际温度(℃)。

对于超声波测距精度要求达到1mm时，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ECHO输出一个宽度为150us的负脉冲,从TRIG=1到ECHO=0的时

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.

下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10mm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IO,一个做输入,一个做输出,如果IO紧张,能不能用更少的IO呢?可以的,

具体见下一个问答.

#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; //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

goto START;

}

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mm为单位

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) ; //保持大约12ms的测量

周期

}

}

9:IO紧张,可以用更少的IO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输出的时候,

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的IO和模块的TRIG,ECHO之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"

sbit TRIG = P2^0; //主控单片机的P2.0同时连接模块的TRIG,ECHO,中间串1k电

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; //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

goto START;

}

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mm为单位

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) ; //保持大约12ms的测量周期

}

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输出(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的电平信号,在ECHO从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IO和TTL接口方

式,具体咨询店主.