超声波测距是一种典型的非接触测量方法。超声波以不同的速度在气体、液体和固体中传播，定向性好，能量集中，传输过程衰减小，反射能力强。超声波测距系统结构简单，电路易于实现，成本低，速度快，广泛应用于工业自动控制、建筑工程测量和机器人视觉识别。 超声波测距通常采用跨越时间的方法。超声波测距的本质是时间测量，即用超声波脉冲激励超声波探头向外发射超声波，接收从被测物体反射的超声波（以下简称回波），通过精确测量从发射超声波到接收回波的射程时间t超声波探头与被测物体之间的距离按下式计算 S，即 
其中，c 声波在空气介质中的传播速度。 超声波在室温下的传播速度为340 m／ s，但其传播速度c 容易受到空气中温度、湿度、压力等因素的影响，其中温度影响最大。一般温度每升高1次 ℃ ，声速增加约为0.6 m／ s。 本文采用DS18B20 数字温度计用于检测现场温度，以实现波速校准。由于许多文献解释了这一点，本文没有进一步介绍。 1 系统组成 超声波测距系统由STM32 由单片机、超声波发射电路、接收电路、放大电路、比较整形电路、温度测量电路等组成。STM32 以单片机为核心，协调各部分电路工作。STM32 单片机首先发出一系列40频率的频率 kHz 的方波， 输送到超声波发射电路并激发超声波。超声波在空气中传播，遇到障碍物返回， 进入超声波接收器，然后通过滤波、放大和整形进入单片机。系统框图如图1所示 所示。 2 硬件设计 2.1 超声波发射电路 工作原理如下： 由STM32 高级定时器TIM1 输出两路40 kHz、互补占空间的50%PWM 信号，经过Max232 升压产生约18 Vpp 驱动超声波发射器T40-16， 每次发射8次超声波并激发超声波 个周期脉冲。电路通过三极管Q1 来开、关Max232 开始发射前打开的电源Max232 电源，待电路 稳定后开始发射，发射后关闭Max232 电源设计不仅减少了发射电路对接收电路的干扰，而且降低了功耗。发射电路如图2所示 所示。 2.2 双比较器整形电路 超声波发射器发出的超声束角为0°到360°，主要集中在0°到±60°，由于安装壳的阻挡，超声波不能直接发射到接收器上。但是因为声波传输的特性，声波会出现未经障碍物反射就直接回到接收探头被检测到，造成接收器认为是实际发射收到的回波信号，导致误报。这种现象就是声波的衍射 这种现象是不可避免的。随着超声波发射探头与接收探头之间距离的增加，衍射信号的振幅值减小。测距模块在实际设计过程中不会设计得太大，因此超声波接收和发射探头之间的距离也较小，但当测量距离较小时L 比较小时， 与衍射信号相比，反射信号的幅值要大得多，因此设置合适的近距离比较器阈值， 衍射可以完全屏蔽 只有反射波才能通过波。不同阈值的比较器用于测量远近距离。近距离比较器测量2.5～50 cm 长距离比较器测量50的范围 cm～4 m 的范围。回波信号由NE5532 放大， 经比较器LMV331 整形后进入单片机。一级放大后，回波信号一路通过近距离比较器LMV331、比较整形后进入单片机。一路进入增益可控可调放大电路。其中，NE5532 与大多数标准运放相比，它是一种双运放、高性能、低噪声的运算放大器，具有更好的噪声性能， 具有相当高的小信号带宽和电源带宽。如下图3所示。 2.3 时间增益（TGC）补偿电路 当超声波在空气中传播时，声强随着传播距离的增加而减小，这就是所谓的声衰减现象。衰减的原因是声束本身的扩散、声波的反射和散射。随着测量距离的增加，回波信号的振幅值呈指数定期衰减， 为了提高测距精度，必须补偿衰减回波6。 在此基础上，设计了时间增益补偿电路。时间增益补偿电路（TGC）通过电子可调电位器改变输入电阻来实现，如图4 所示。 其中，MAX5161 是一种具有32 端-端电阻值为50的数字电位器 kΩ，具有3 实现电阻值的调节。将实验获得的放大增益提前转换为数字电位器的抽头位置，并将这些位置参数固化到E2PROM中。在测量过程中，单片机通过查表获得相应的增益，然后串行设置相应的增益。数字电位器采用单片机控制，电路简单，增益控制范围大，补偿特性可根据需要进行 调整，充分利用单片机的软件资源。