超声波传感器是如何测距的？

超声波传感器的测距原理

超声波传感器是将超声波信号转换成其他能量信号（通常是电信号）的传感器。超声波是振动频率高于20kHz的机械波。它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。超声波传感器广泛应用在工业、国防、生物医学等方面

HC-SR04

最常用的超声测距的方法是回声探测法，如下图，超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时计数器开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物面阻挡就立即反射回来，超声波接收器收到反射回的超声波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物面的距离s，即：s=340t/2

超声波测距原理

特点

1、频率越高，精度也越高，但检测距离越近（空气衰减增大）；

2、输出功率越高、灵敏度越高，检测距离也越远；

3、通常检测角度小的，测距范围略远；

应用场景

1、机器人避障

2、物体测距

3、液位检测

4、公共安防

5、停车场检测

超声波测距传感器模块使用原理详解

超声波测距模块是用来测量距离的一种产品，通过发送和接收超声波，利用时间差和声音传播速度，超声波在空气中的传播速度为v，而根据计时器记录的测出发射和接收回波的时间差△t，就可以计算出发射点距障碍物的距离S，即： S=v·△t /2 从而计算出模块到前方障碍物的距离。

超声波测距模块测距方法

由于超声波也是一种声波，其声速v与温度有关，表1列出了几种不同温度下的声速。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。常温下超声波的传播速度是334 米/秒，但其传播速度V易受空气中温度、湿度、压强等因素的影响，其中受温度的影响较大，如温度每升高1 ℃，声速增加约0. 6 米/ 秒。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正（本系统正是采用了温度补偿的方法）。已知现场环境温度T 时， 超声波传播速度V 的计算公式为：V=331.45 + 0.607T。

温度表

超声波测距模块有好多种类型，目前比较常用的有URM37超声波传感器默认是RS232接口，可以调为TTL接口，URM05大功率超声波传感器测试距离能到10米，算是目前来说测试距离比较远的一款了，另外还有比较常用的国外的一款韩国Hagisonic 超声波测距传感器模块 - HG-C40U。

超声波测距传感器模块 - HG-C40U

超声波测距传感器模块 - HG-C40U是一款尺寸为50x22x25(mm)、Φ16传感器的模块，可测量到障碍物的最大距离为3.5m (at 5V)、5m (at 12V)，分辨率在5mm以内。HG-C40U 还具备两个输入电压：5V 和 12V。出厂默认设为 12V。通讯方面采用UART通讯发送数据，在UART 触发模式下，如果出发命令由 UART 生成，则仅发送数据，发送： #Mode|2 (变为外部触发模式)，接收：!Mode|2 -> !Data Set Complement。信号输出则将传感器到PC的通讯使用‘接口板’(RS232,功率调节器)数据显示使用PC上的监控程序(可用超级终端)，高性能ASIC芯片，保证稳定传输、灵敏接收。

超声波测距传感器HG-C40U连接器配置：

连接器配置

超声波测距传感器HG-C40U的UART 设置：

UART 设置

超声波测距传感器HG-C40U的通讯协议：

通讯协议

工作模式用于超声波模块，分为三种：自由运行, UART 触发和外部触发模式。自由运行模式以有规律的间隔触发超声波；UART 触发模式则以周期性或随机用 UART 进行外部超声波触发 (触发命令)；外部触发模式需要外部触发信号用于规律或不规律的间隔触发信号。当处于显示工作模式发送: @模式、接收: !模式-> @Mode|0。工作模式设置(UART 触发)是设置为%. Transmit : #Mode|1 (变为 UART 触发模式)，%. Receive : !Mode|1 -> !Data Set Complement。

超声波测距传感器HG-C40U的精度等级：

距离表

精度等级

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