前面几章介绍了超声测距系统的设计，本章将介绍利用超声波测距系统误差产生的原因及系统的改进。

超声波测距由于其在使用中不受光照度、电磁场、色彩等因素的影响，加之结构简单成本低，在机器人避障和定位、汽车倒车、水库液位测量等方面已经有了广泛的应用。从原理上讲，超声测距有脉冲回波法、共振法和频差法。其中脉冲回波法测距常用，其原理是超声传感器发射超声波，在空气中传播至被测物，经反射后由超声传感器接收反射脉冲，测量出超声脉冲从发射到接收的时间ts，在已知超声波声速Cs 的前提下，可计算被测物的距离D，即：D=CT/2。由于温度影响超声波在空气中的传播速度；超声波反射回波很难精确捕捉，致使超声波在空气中传播的时间很难精确测量。这些因素使超声波测距的精度和范围受到影响。

本文从引起超声测距误差的原因入手，分析了温度对超声波声速的影响，回波检测对时间测量的影响和超声波传感器所加电压对测量精度和范围的影响。在此基础上，开发出以AT89C51单片机为核心，采用40KHz 压电超声波传感器，应用于长大汽车和货车等车辆倒车检测的车载超声测距仪。

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针对误差产生原因的系统改进方案

在实际应用中，为了方便处理，超声波常调制成具有一定间隔的调制脉冲波信号。测距系统一般由超声波发送、接收、时间计测、微机控制和温度测量五个部分组成。如何提高测量精度是超声测距的关键技术。其提高测距精度的措施下：

(1)合理选择超声波工作频率、脉宽及脉冲发射周期

据经验，超声测距的工作频率选择f=40kHz 较为合适：发射脉宽一般应大于填充波周期的10倍以上即：T>0.25s，考虑换能器通频带及抑制噪声的能力，选择发射脉宽1ms；脉冲发射周期的选择主要考虑微机处理数据的速度，速度赶快，脉冲发射周期可选短些。

(2) 在超声波接收回路中串入增益调节(AGC)及自动增益负反馈控制环节

因超声接收波的幅值随传播距离的增大呈指数规律衰减，所以采用(AGC)电路使放大倍数随测距距离的增大呈指数规律增加的电路，使接收器波形的幅值不随测量距离的变化而大幅度的变化，采用电流负反馈环节能使接收波形更加稳定。

(3)提高计时精度，减少时间量化误差

如采用芯片计时器，计时器的计数频率越高，则时间量化误差造成的测距误差就越小。例如：单片机内置计时器的计数频率只有晶振频率的十二分之一，当晶振频率为6MHz时，计数频率为0.5MHz此时在空气中的测距时间量化误差为0.68mm；当晶振频率为12MHz时，计数频率为1MHz，此时测距时间量化误差为0.34mm。若采用外部硬件计时电路，则计数频率可直接引用单片机的晶振频率，时间量化误差更小。

(4)补偿温度对传播声速的影响

超声波在介质中的传播速度与温度、压力等因数有关，其中温度的影响最大，因此需要对其进行补偿。有文献表明，按下式计算声速可以达到较高的精度：

在空气中，m/s；

在海水中，C=1450+4.21t-0.037t·t+1,14(S-35)+0.175P m/s

式中：t—摄氏温度；S—水盐度，按千分比计算；P—海水静压力，单位为大气压。声速可以用声速仪测量，以验证理论计算的准确性。

(5) 补偿系统电路的时间延迟

系统电路的时间延迟可通过实验测定，通过测试两个已知标准距离S1、S2所得到的时间t1、t2，可求出系统电路的延迟，(s1·t2-s2·t1)/(s2-s1)。