物联网+超声波动测距系统设计(附件)【字数：8457】
摘 要为了解决传统测量方法精度不高，不能适用于各种不同环境下的测量，本文提出来基于Lora传输的超声波测距系统的设计。在STM32L151的基础上使用超声波传感器 HC-SR04作为数据采集节点，通过Lora 无线通信将所测得数据传输到另一块物联网板块的 OLED屏上，实现数据低速率，远距离，低功耗的传输。综合实验测量数据和实验误差分析可知，该测距系统满足设计要求，能够解决传统测量方法的不足。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题背景及研究目的和意义 1
1.2国内外研究现状 1
第二章 声波及测距理论 3
2.1超声波及其性质 3
2.1.1超声波概念 3
2.1.2超声波的物理性质 3
2.2超声波测距原理 3
第三章 硬件设计 5
3.1硬件设计 5
3.2传感器检测装置的设计 5
3.2.1超声波模块的设计 5
3.2.2超声波测距的计算 7
3.3单片机硬件系统设计 7
3.3.1单片机简介与选择 7
3.3.2 STM32L151单片机的特性 7
3.3.3 STM32L151单片机的原理图 8
3.4无线通信模块的设计 8
3.4.1 Lora技术的原理 8
3.4.2 SX127x系列芯片 9
3.4.3 Lora的软硬件设计 10
3.5 OLED 屏幕显示模块 11
第四章 软件设计 13
4.1主程序的设计 13
4.2检测显示系统模块 16
4.3超声波传感器模块 18
第五章 调试与数据分析 20
5.1 调试操作步骤 20
5.2 实验数据分析 21
致 谢 22
参考文献 23
第一章 绪论
1.1课题背景及研究目的和意义
在中国经济社会取得快速发展的背景下，技术自动化水平不断提高，各种测距技术不断涌现，广泛应用于陆地，海洋和空气环境检测 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
以及工业和民用领域。使用接触式工具是比较传统的测量方法，例如使用仪表尺和游标卡尺来进行接触式测量，但接触式测量的传统方法测量高温物体，腐蚀性液体和散热器时会对测量人员的人生安全造成伤害。在现实需求的带动下，伴随着单片机控制技术和传感器的不断发展，非接触式检测技术发展了起来。目前的非接触测距主要有以下几种方法：超声波测距，雷达测距，CCD测距，激光测距，光学测距和红外测距。与其他的非接触式测距方法相比，超声波测距具有高能量，成本低，并且不影响光的强度和电磁波的优点，而且能适应恶劣的环境。因此，它广泛应用于物体位置测量和机器人避障，无人作战平台，自动导航，车辆安全驾驶辅助系统，水下目标探测，海上石油开发等领域。随着超声波测距的广泛应用，对测量的高精度要求也更加严格。由于环境温度对超声波传播速度的影响，超声波发射电路引起的起振延迟现象[1]，“拖尾”现象[2]，超声波在介质中的传播受到系统噪声的干扰，并且存在声衰减现象[3]，以及系统时间测量的误差。它会对测距系统的准确性产生影响。因此，迫切需要进行大量的研究，整合更多的理论，新方法和新工具，使超声波测距技术更加精确，智能，实用。
距离测量是业务应用过程中比较常见的一种需要，有精度较高但成本也较高的激光测距，雷达测距，另外也可以利用超声波进行测距。超声波传感器是一种最常用到的测距避障模块，可以用来检测前方障碍物有无以及障碍物的距离，测试距离可达 2cm 到450cm。
研究课题的意义首先,在一些特定的测量环境下,超声波测量可以代替传统的接触式测量,不仅保障了测量人员的安全,而且相比于传统的接触式测量大大提高了测量的效率以及测量数据的准确性。其次,超声波自动测距的发展加快了不仅智能机器人研究进程的飞速进步,同时也为无人智能汽车的研发带来了新思路,为野外勘测,一些有毒、强腐蚀性液体的测量等等传统行业带来了极大的便捷。
1.2国内外研究现状
随着科学技术的进步，超声波技术从一开始的理论模型，变成了可应用于多个领域的实际产品。超声波测距有着成本低廉、测距精度很高的优点，此外它受环境影响小，有抗干扰能力较强的特点。这些特点是其他测距技术所不具备的，所以比较而言，超声波测距具有更多地优势，因此应用十分广泛。
在我国，对超声波进行深入的研究最早起于1956。迄今，在超声的各个领域，都开展了研究和应用，其中有少数项目已接近或达到了国际水平。进入2000年以来，我们国内研究人员在超声波的回波处理技术，超声波传感器的改进和发射波处理等方面，提出了很多的创新实用技术方案。现阶段，我国的超声波测距技术，正在快速的发展阶段中。和传统测距方式进行对比，超声波测出能够测短距离，精度高，应用领域宽。
在国际上，从七十年代开始，在管道内检测中首先了应用了超声波技术，其管道检测仪在测量上有很高的精度。得益于国外研究人员研究起步很早，在国外有很多相对成熟的超声波测距产品，现阶段超声波测距领域都是正在朝着是高超声波测距的精度和环境适应性的方向努力。美国学者Young MS提出并实现了双频连续波法，它采取发射不同频率的波，通过相位处理后获得对应的双频波相位差，把它变换成周期频率的波形，再根据速度计算出所测距离。还有其他的学者提出了多频率连续波法，其原理与之类似。美国AIRMAR公司生产的超声波传感器可达30米距离。
在中国，2006 年，雷建龙等根据超声波测距原理，研发出一种便携式液位测量仪。该测量仪器体积小巧，便于携带，价格低廉，还提高了检测精度。2007 年，陈平等则将超声波检测技术与测距算法相互融合，设计了一种液位监控仪器。该仪器单片机内部集成的温度传感器可以有效的对声速进行温度补偿，提高了检测精度。2007 年，田志宏设计了一种能够智能避障的自动轮椅车，在车上同时安装多组超声波测距传感器，从而达到了避障的作用。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题背景及研究目的和意义 1
1.2国内外研究现状 1
第二章 声波及测距理论 3
2.1超声波及其性质 3
2.1.1超声波概念 3
2.1.2超声波的物理性质 3
2.2超声波测距原理 3
第三章 硬件设计 5
3.1硬件设计 5
3.2传感器检测装置的设计 5
3.2.1超声波模块的设计 5
3.2.2超声波测距的计算 7
3.3单片机硬件系统设计 7
3.3.1单片机简介与选择 7
3.3.2 STM32L151单片机的特性 7
3.3.3 STM32L151单片机的原理图 8
3.4无线通信模块的设计 8
3.4.1 Lora技术的原理 8
3.4.2 SX127x系列芯片 9
3.4.3 Lora的软硬件设计 10
3.5 OLED 屏幕显示模块 11
第四章 软件设计 13
4.1主程序的设计 13
4.2检测显示系统模块 16
4.3超声波传感器模块 18
第五章 调试与数据分析 20
5.1 调试操作步骤 20
5.2 实验数据分析 21
致 谢 22
参考文献 23
第一章 绪论
1.1课题背景及研究目的和意义
在中国经济社会取得快速发展的背景下，技术自动化水平不断提高，各种测距技术不断涌现，广泛应用于陆地，海洋和空气环境检测 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
以及工业和民用领域。使用接触式工具是比较传统的测量方法，例如使用仪表尺和游标卡尺来进行接触式测量，但接触式测量的传统方法测量高温物体，腐蚀性液体和散热器时会对测量人员的人生安全造成伤害。在现实需求的带动下，伴随着单片机控制技术和传感器的不断发展，非接触式检测技术发展了起来。目前的非接触测距主要有以下几种方法：超声波测距，雷达测距，CCD测距，激光测距，光学测距和红外测距。与其他的非接触式测距方法相比，超声波测距具有高能量，成本低，并且不影响光的强度和电磁波的优点，而且能适应恶劣的环境。因此，它广泛应用于物体位置测量和机器人避障，无人作战平台，自动导航，车辆安全驾驶辅助系统，水下目标探测，海上石油开发等领域。随着超声波测距的广泛应用，对测量的高精度要求也更加严格。由于环境温度对超声波传播速度的影响，超声波发射电路引起的起振延迟现象[1]，“拖尾”现象[2]，超声波在介质中的传播受到系统噪声的干扰，并且存在声衰减现象[3]，以及系统时间测量的误差。它会对测距系统的准确性产生影响。因此，迫切需要进行大量的研究，整合更多的理论，新方法和新工具，使超声波测距技术更加精确，智能，实用。
距离测量是业务应用过程中比较常见的一种需要，有精度较高但成本也较高的激光测距，雷达测距，另外也可以利用超声波进行测距。超声波传感器是一种最常用到的测距避障模块，可以用来检测前方障碍物有无以及障碍物的距离，测试距离可达 2cm 到450cm。
研究课题的意义首先,在一些特定的测量环境下,超声波测量可以代替传统的接触式测量,不仅保障了测量人员的安全,而且相比于传统的接触式测量大大提高了测量的效率以及测量数据的准确性。其次,超声波自动测距的发展加快了不仅智能机器人研究进程的飞速进步,同时也为无人智能汽车的研发带来了新思路,为野外勘测,一些有毒、强腐蚀性液体的测量等等传统行业带来了极大的便捷。
1.2国内外研究现状
随着科学技术的进步，超声波技术从一开始的理论模型，变成了可应用于多个领域的实际产品。超声波测距有着成本低廉、测距精度很高的优点，此外它受环境影响小，有抗干扰能力较强的特点。这些特点是其他测距技术所不具备的，所以比较而言，超声波测距具有更多地优势，因此应用十分广泛。
在我国，对超声波进行深入的研究最早起于1956。迄今，在超声的各个领域，都开展了研究和应用，其中有少数项目已接近或达到了国际水平。进入2000年以来，我们国内研究人员在超声波的回波处理技术，超声波传感器的改进和发射波处理等方面，提出了很多的创新实用技术方案。现阶段，我国的超声波测距技术，正在快速的发展阶段中。和传统测距方式进行对比，超声波测出能够测短距离，精度高，应用领域宽。
在国际上，从七十年代开始，在管道内检测中首先了应用了超声波技术，其管道检测仪在测量上有很高的精度。得益于国外研究人员研究起步很早，在国外有很多相对成熟的超声波测距产品，现阶段超声波测距领域都是正在朝着是高超声波测距的精度和环境适应性的方向努力。美国学者Young MS提出并实现了双频连续波法，它采取发射不同频率的波，通过相位处理后获得对应的双频波相位差，把它变换成周期频率的波形，再根据速度计算出所测距离。还有其他的学者提出了多频率连续波法，其原理与之类似。美国AIRMAR公司生产的超声波传感器可达30米距离。
在中国，2006 年，雷建龙等根据超声波测距原理，研发出一种便携式液位测量仪。该测量仪器体积小巧，便于携带，价格低廉，还提高了检测精度。2007 年，陈平等则将超声波检测技术与测距算法相互融合，设计了一种液位监控仪器。该仪器单片机内部集成的温度传感器可以有效的对声速进行温度补偿，提高了检测精度。2007 年，田志宏设计了一种能够智能避障的自动轮椅车，在车上同时安装多组超声波测距传感器，从而达到了避障的作用。
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