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基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计

苑洁;常太华

【摘要】提出了一种基于STM32单片机的超声波测距系统的设计方案。与传统

单片机相比,STM32的主频和定时器的频率高达72MHz,提高了时间测量的分辨率。

在开启定时器计时的同时,启动PWM通道驱动超声波发射器和输入捕获通道捕捉

回波信号,提高了测量的精度。在充分分析超声波测距产生盲区和误差原因的基础

上,设计了时间增益补偿电路（TGC）和双比较器整形电路分别测量远、近距离,并

通过软件算法对回波信号进行峰值时间检测,简化了电路。实验研究表明,该系统测

量精度达到了1mm,盲区低至2.5cm。%Anultrasonicdistancemeasurement

systembasedonSTM32Microprocessorispresented.Comparedwiththe

traditionalmicrocontroller,thebasicfrequencyandtheTimerfrequencyof

theSTM32microcontrollerreachupto72MHz,whichimprovethe

resolutionofthemeasuringtime.ThesuperiorityisthatyoucanstartPWM

channelstodriveultrasonictransmittersandinputcapturechannelatthe

sametime.Thetimegaincompensation（TGC）circuitandthedouble

comparatorplasticcircuitareusedtoreducetheblindareaanderror.In

addition,usingthepeaktimedetectingtechniquethroughthesoftware

algorithm,thearrivaltimeofultrasonicechocanbecorrectlydetected.The

experimentsshowthatthesystemmeasurementaccuracycanreachto

1mmandtheblindarealowto2.5cm.

【期刊名称】《电子设计工程》

【年(卷),期】2011(019)015

【总页数】4页(P76-78,82)

【关键词】STM32单片机;超声波测距;双比较器;时间增益补偿（TGC）;峰值时间

检测

【作者】苑洁;常太华

【作者单位】华北电力大学控制与计算机工程学院,北京102206;华北电力大学控

制与计算机工程学院,北京102206

【正文语种】中文

【中图分类】TP216

超声波测距是一种典型的非接触测量方式。超声波在气体、液体及固体中以不同速

度传播，定向性好、能量集中、传输过程中衰减较小、反射能力较强［1］。且超

声波测距系统结构简单、电路易实现、成本低、速度快，所以在工业自动控制、建

筑工程测量和机器人视觉识别等领域应用非常广泛。

超声波测距一般采用渡越时间法［2-4］。超声波测距的实质是时间的测量，即：

用超声脉冲激励超声探头向外发射超声波，同时接收从被测物体反射回来的超声波

（简称回波），通过精确测量从发射超声波至接收回波所经历的射程时间t（渡越

时间），按下式计算超声波探头与被测物体之间的距离S，即

其中，c为空气介质中声波的传播速度。

在常温下，超声波的传播速度为340m／s，但其传播速度c易受到空气中温度、

湿度、压强等因素的影响，其中温度的影响最大。一般温度每升高1℃，声速增加

约为0.6m／s［5］。本文采用DS18B20数字温度计来检测现场温度，用以实现

波速的校准，因很多文献对此都有说明，故本文不做深入介绍。

式中，T为环境温度。

1系统组成

超声波测距系统由STM32单片机、超声波发射电路、接收电路、放大电路、比较

整形电路、测温电路等组成。系统以STM32单片机为核心，协调各部分电路工作。

STM32单片机