单片机超声波测距原理

只看该作者 · 2025-5-28 16:17

单片机超声波测距是一种常见的非接触式距离测量方法，其原理基于超声波在空气中的传播特性。以下是详细的工作原理和实现步骤：
1. 基本原理
超声波特性：超声波是频率高于20kHz的声波，在空气中以约340m/s的速度传播（常温下）。

测距公式：通过测量超声波从发射到接收的时间差（Δt），计算距离 D：

v：超声波速度（受温度影响，需校准）。

除以2：因超声波往返目标物，时间差为双程距离。

2. 系统组成
单片机（如STM32、51单片机、Arduino）：控制时序、计算距离。

超声波模块（如HC-SR04）：

发射器：发出40kHz的超声波脉冲。

接收器：检测反射回的超声波。

控制电路：处理信号并输出时间差。

显示模块（可选）：如LCD、数码管显示距离。

3. 工作流程
触发信号：

单片机发送一个至少10μs的高电平脉冲到Trig引脚，触发模块发射8个40kHz的超声波脉冲。

超声波发射与反射：

超声波在空气中传播，遇到障碍物后反射。

回波接收：

模块的Echo引脚输出高电平，持续时间为超声波往返时间。

单片机检测Echo高电平持续时间（可通过外部中断或定时器捕获）。

距离计算：

例如，测得
Δt=1ms：

4. 关键注意事项
温度补偿：声速随温度变化，修正公式：

v=331.4+0.6×T(T为摄氏温度)
测量范围：通常2cm~4m（HC-SR04），超出范围可能检测失败。

抗干扰：避免多个超声波模块同时工作，或添加消抖算法。

误差来源：

反射面角度（最好正对被测物）。

软质材料（如布料）可能吸收超声波。

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const int trigPin = 2;

const int echoPin = 3;



void setup() {

  Serial.begin(9600);

  pinMode(trigPin, OUTPUT);

  pinMode(echoPin, INPUT);

}



void loop() {

  // 发送触发信号

  digitalWrite(trigPin, LOW);

  delayMicroseconds(2);

  digitalWrite(trigPin, HIGH);

  delayMicroseconds(10);

  digitalWrite(trigPin, LOW);



  // 测量回波时间

  long duration = pulseIn(echoPin, HIGH);

  // 计算距离（cm）

  float distance = duration * 0.034 / 2;



  Serial.print("Distance: ");

  Serial.print(distance);

  Serial.println(" cm");

  delay(500);

}