【技术大神】如何应用高精度温湿度传感器提高超声波测距的准确性

时间： 2017-02-20 来源：技术大神活动文章

技术问答

超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由超声波压电陶瓷晶片在电压的激励下发生振动而产生的。其具有频率高、绕射现象小、穿透性强、高指向性、低衰减性等特点，而且由于超声波能量消耗缓慢，在介质中传播的距离远，因而经常被用于测量物体间的距离。目前超声测距技术在工业、车辆导航、水声工程、无人机等领域都具有广泛的应用价值。

超声波测距的原理是利用回声时差测距，主要是超声波发射器向某一方向发射声波，在发射的同时开始计时，当检测到声波反射时停止计时，其中时间的差值就是声音传播的时间，同时依据声音传播的速度来测量物体间的距离。在空气中测量物体的距离时因为温度对声速有较大的影响所以在精度要求不高的超声波测距中我们主要使用的是普通的NTC热敏电阻来进行温度补偿。补偿的方法是依据空气中声速与温度的公式c=(331.45+0.61t/℃)来进行校准。然而该补偿方法精度低、灵敏差，在测量的精度要求不高的情况下可以使用此种方法。当对测量的精度有较高的要求时就需要我们既要考虑热敏电阻的精确度和灵敏度，同时还要考量空气中湿度变化较大时对超声波传播速度的影响了。综合以上考虑我们使用SILICON LABS的Si7020温湿度传感器对超声波在不同温度和湿度的环境下的传播速度进行补偿以此来提高超声波测距的准确性。

Si7020是Silicon Labs公司的一款高精度、高灵敏度的集成温度和相对湿度检测的传感器芯片。其具有精度高、稳定性好，漂移性低等特性，同时待机模式的电流下仅有60nA，在工作状态下的电流仅有150uA，可见功耗极低。该传感器3*3mmDFN封装十分小巧，通过IIC与单片机相连十分方便，完全满足设计的需求。

图1：湿度的精确度（30℃）

图2：温度的精确度

由图1和图2可以看出Si7020温湿度传感器的检测精度非常高。该温湿度芯片在进行0-80%湿度条件下有±3%的精度，在-40到125℃的温度条件下有±0.4℃的精度。需要注意的是Si7020外面有一层聚合物传感器膜主要是为了防止灰尘和液体进入，从而保持传感器内部的干燥洁净，且在回流焊后不应随意移除。同时当保护膜上有水滴时会影响湿度的测量值应主动避免此种现象的发生。

超声波测距的关键是得到超声波在空气中的传播速度c，结合测得的超声波传输时间T来测量物体的距离，距离s=c*T\2,其中T可以由单片机来计算得知，其中c为根据Si7020所采集到的温度和湿度补偿后所得到的实际声波速度。

超声波测距的系统基本组成如下：

图3：超声波测距系统框图

图4：超声波速度与温湿度的关系

通过图4的数据我们看到在不同的温度和湿度的条件下，超声波的传播速度是有较大差距的，声速基本上与湿度呈线性关系，并且随着湿度的增加在一定范围内增加。所以在进行超声波测速时我们要针对不同的温度和湿度的环境下进行多项测试，以此整理出超声波的传播速度和温度与湿度的关系公式并配合出厂标定以此来达到高精度的距离测量。

作者：一叶知秋

发送到邮箱 |
+1 赞 0
收藏
评论 2
| 转发至：

本网站所有内容禁止转载，否则追究法律责任！

全部评论（2）

用户53549649 Lv3. 高级工程师 2018-12-12

好
Ricky2018 Lv3. 高级工程师 2018-02-01

有没有低成本的？
- 世小强回复：您好，相关问题请到“产品供应”频道提交询价单，我们会安排有专人与您联系！

没有更多评论了

【应用】温湿度传感器在空气净化器中的应用

只见空气净化器如此强大的在工作，殊不知背后却有一个好帮手---温湿度传感器Si7020，对于空气净化器而言，温湿度传感器是必须的！

新应用发布时间 : 2016-01-22

【应用】低功耗、小体积的数字温湿度传感器，实现养殖场健康节能

为应对传统养殖场工作条件恶劣，环境污染严重的弊端，节能环保的智能养殖系统越来越受青睐。Si7034是Silicon Labs最新推出的一款数字温湿度传感器，完全可以满足养殖场监控系统对于温湿度检测模块高精度、低功耗、小体积的需求。

新应用发布时间 : 2019-07-30

【应用】运行功耗150uA温湿度传感器，满足燃气表高精度、低功耗需求

Silicon Labs Si7020温湿度传感器，待机功耗60Na；可以测量0–80% 湿度精度小于± 4% RH，测量温度–10 ℃ to 85 ℃的精度小于±0.4 °C 。

新应用发布时间 : 2019-07-29

华润微电子（CRM ICBG）功率IC/智能传感器/智能控制电路选型指南

目录- 产品简介和公司介绍功率IC 电源管理IC LED驱动IC BMS IC 无线充电IC 电机驱动IC 音频功放IC 显示驱动电路智能传感器 MEMS传感器消防传感器光电传感器计量、检测电路智能控制人机交互MCU 计量计算MCU 通用性MCU 其它电路

型号- PC817X,CS54133,CS54134,CS9603EA,CD4069,CS7124,CS9303,PT4123CB,CS7126,CS7128,CS5764M,CS9603EF,CW78DXX,CS0765LZ,HK814X,PT4515BEH,PT4211,PT4515BEK,CS5752A,HK212-A8L,PT4515BED,CS57D03,CS2109(G2),PT4515BEF,CS88M303,CS54123,HK816X,PT4519CD,PT4519CB,PT4126HD,CS6018,PT4126HC,HK211-A4L,CS7138,PT4209,PT6605S-BA,CS32ME102C4,CMP500A,HK218-D6L,CS42273,PT4519CT,PT4561,CS77P21,PT4568,PT4205,PT4567,CS7196C,PT4566,CS2109(G3),PT4565,CS810J,CS77P22,CS810L,HK817X,CS77P23,CS810M,CS77P25,CS810R,CS810S,CS810T,CS4563D,CS6126,CS6125,PT4119,PT6305-AB,PT6605S-AA,PT6305-AC,PT6605S-AB,HKP3532,CS6061S-001,HKP3531,CS5762M,HKP3530,PT6305-AA,HK211-S8L,PT4115,CS6051-001,CS8002,HKA5816XX,CS36J52,CS2171ALO,CS1629D,CS1629C,HKA5833,PT4556NH,CS1629B,PT4556NK,CS1629A,PT4556NJ,CS62083,HKP3556,PT4556NL,CD8227,CS6112S-009,CMPO2MA,CS6588,PT6303-AA,CD7266,CD7388,PT6303-AC,PT6303-AB,PT6303-AE,PT6303-AD,PT6303-AF,CS6080VA-003C,CF393,HK212-A4L,CS16620B,CS7138M-D51,PT4556MJ,CS32F602C4,PT6303-BA,CD7377,CD7378,CD7379,CS6080-002B,CD6283,PT4556NG,PT4556NF,CD6282,PT4125,CF258,CD1619,CS77P67,CS77P68,CS88M310,CS88M312,CD2822,CS4268,CS4269,CS4267,CS4265,CS93F550,CS6562,CS102MD60C4,HK211-S4L,PT6303-CA,CS88F310(G2),PT4271,CS53P89B,HK212-S8L,CS7197,CS1618A,CS77P25Y,CS5227,HK211-D8L,CMP700G,PT4558TG,PT6304-AD,PT6304-AC,CS2077,CS98E373,PT4121E,CS98E370,CD1517,DPM10C60DG,CF358,CS1659,CS2105-S10,HK214-A8L,CS1658,PT4556JS,CS2105-S12,CS3835,CD1875,CS3830,CS1650,CS2116H,CS2116B,PT6010-AB,CS2116A,PT6010-AA,CS77P66B,PT6605-AA,CS6088Y,PT6605-AB,CS2170ALO,CS3708,CS4916,CS3825,PT6010-BA,PT4515BH-BT,CS1640,CS3820,CS1642,PT6302-AA,CS6068-003B,PT6302-AB,CS45M93C,PT4606,DPMO3T60CM,PT4123C,PT4123E,PT4115B,CS2112(G2),CS3818,PT4556LS,CS1637,CS3817,CF339,CS3815,CS1638,PT4562X,CS57103,CS3810,CS1635,PT6303SADS-B,CS57106,CMPO10G,PT6302-BA,PT4514,PT4519,HKA5825-02,HK212-D8L,HKA5825-01,CS6083,PT4211B,CS3809,CS3808,CS3805,CS53P88,CS53P89,CS6102-002,CS1628,PT4556KS,PT6010-DB,PT6010-DA,HK211-D4L,CS88MB11EN,HK212-S4L,CS1620,CMP040,PT6605DW-AA,CMP150A,CS53P90,DPM10T60CG,HK214-A4L,CF4558,CS1618,H1LLX,PT6605M-AD,PT6605M-AB,PT6605M-AC,PT6605M-AA,HKA5813-02,CS5755S,HKA5813-03,HKA5813-04,CW1117,CS2107-M22,CS9502,HKA5813-01,PT4538,PT4515BEH-BT,PT4556FS,CS53P82,PT4558ENS,CF324,CS5755A,PT4126DF,CS5754S,CS2240GO,PT4115EB,CS32ME104C4,CS5755M,CS5755N,CW72M05,PT4115M,CS6052,HK063X,PT4115E,PT4555D,PT4119E,PT4119B,CS9880,CS5753S,DPM30C60DG,CS32ME104C6,CS7106,CS7107,CS7108,CS5754M,PT4554N,CS37AD2,HK212-D4L,PT4554D,PT4554C,CS2918,CS54147,PT6307E-AA,CW1121,PT6307E-AD,CD2030A,HK826X,HKA5812-01,DPM20C60DG,HKA5812-02,CD2030D,CS4532D,PT4553T,HK214-S8L,PT2332CU,PT4553N,CD1691,CS5765N,CS5240GO-S,CS6031,PT4556GS,PT4557ENS,CS2107-A72,PT4565E,CS7194D,CS7194C,PT2342E,PT2342F,HKA5817-01,PT2342C,PT4516NH,PT2342J,CS2109,PT2342G,PT6001-AD,CS2106,CS2108,PT2342L,CS7138Y,CS4524,HKA5817-02,CW78LXX,HKA5817-03,CS3793,CS4762,HK301X,CS4760,CD9088,PT4556L,PT4558FN,PT4556K,PT4556J,CS88M312(G2),PT4556H,PT4556G,PT4556F,CS37A21,PT4515KH,CS32F608C6,CS32F608C4,CS4995,CS4871,CS4993,CS62783,CS4991,HK302X,PT2332EU,HK217X,PT4558EN,CS6035W,CS74HC595,CMP350A,CS6038C-101,PT4558ET,PT6303S-CA,HK214-D4L,CW78MXX,PT4523C,PT2332E,CS3830A,HK214-D8L,PT2332J,PT4515NH,CD7388L,PT4557FN,PT6302S-AA,PT2332L,PT6302S-AB,PT6007B-BA,HK303X,PT2342EU,CS7193R-01A,CS16F5051,CS16F5053,PT4558F,PT4558E,CS88F331,CS45P83,CS88F330,EWM78F128,HK216-A8L,CS4979,CS4977,HK214-S4L,PT6007B-AA,CS16312,CS16311,HK304X,PT6007B-AC,CS0372,PT4557EN,CS7106K,CS6038C-001,PT2332C,CR2511,CS6038C-002,PT4557ET,PT4523AB,PT6605-FA,CS4967,CS2105-M12,CD2003,CD2004,PT2332JU,PT6007B-DA,CS1694,PT4523AD,CS2105-M10,CS7721,CS16620,DPM15C60DG,PT2512,HK216-S8L,CS104MD60C6,HK305X,PT6605-EA,PT6605-EB,PT6605E-AA,HK216-A4L,CS104MD60C4,PT2626CE,PT2626CF,PT4536C,CS3629,PT2333L,PT4536B,PT4559CF,CS4956,CD2111,HKA5831-01,HKA5831-02,CS36S52,CS6079N,PT2501,PT2622,HK306X,CS36B11ET,PT4559CJ,CMP100G,PT2621,PT4119EN,HK851X,CS6112W-009,CS88F361,PT6303S-AC,CS32F302,CS6112W-004,CS88F003,CD2025,CS3855,CS6067C,CS32ME108C6,CS32ME108C4,CS3850,CS88F360,PT2332LU,CS98P154Y,CS9803,PT6001-CB,PT6001-CA,PT6001-CC,CD2031,PT2533,CMP200G,PT2531,PT6010P-AB,PT6010P-AA,PT2603AE,PT2603AD,PT2603AC,PT6605-GA,DPM04T60AM,CS7752,PT6010-HA,CD5888,CD5890,PT6010E-AA,CS12P22,HK308X,CS9816,CD4440,PT6605D-AA,PT1311,CS6038C-201,CS6069B-001,HK216-S4L,PM1122,CS5214,CD2050,CS5213,CS5211,PT6117,CS98P370,PT4601J,CS88P419,PT6111,CS3805B,CS3817C,HK216-D8L,CMP700,CS32F604C6,CS32F604C4,CS3817B,CF2903,PT2342JU,CW78XX,CS49P60,CD1191,CS31F550,CS98E154,HK354X,CS32F465,CW431,CW432,CS4228,CS4226,CS4227,CS45M93,CS4588,CS7193-T16C,CS4585,CS2160,CS7193-T16G,CS1192,CS7193-T16F,CS16164,CS7193-T16E,CS7193-T16D,HK216-D4L,PT4603L,PT4603K,HK101X,PT4603J,PT2626EE,6N137,CS98P168,PT2626EF,6N136,CS98P169,6N139,CS98P166,6N138,CW34063,6N135,CS6582ELO,PT4515EK,PT4515EH,PT4515EF,CS4216,PT4515ED,CS6017R,PT4121EB,CS4572,CR2365C,CS4573,CR2365B,CR2365A,HK218-A6L,CS42651,CS6080K-001,HK3120,CS4205,PT6610-AA,HK357X,PT6007V-AB,PT6007V-AA,CS98P171,CS809J,CS809L,CS809M,CS1620B,HKA5818-02,CS809R,C

选型指南 - 华润微电子 - 2023/3/20 PDF 中文下载

【产品】心率监测（HRM）解决方案：光学心率传感器/环境光传感器/温湿度传感器/紫外线指数传感器

Silicon Labs持续扩展高性能、低功耗的光学传感器阵容，包括心率/脉搏血氧饱和度，以及2D 或 3D 手势的移动侦测等。针对可穿戴设备，Silicon Labs开发的生物传感器Si1132/4X系列，主要用于测量人们的心跳、血压，追踪阳光紫外线强度等，并且这些传感器致力于小尺寸以应对可穿戴领域的挑战。

原厂动态发布时间 : 2016-04-04

奥松电子提供温湿度传感器、气体传感器、空气质量传感器等科技“小助手”，守护老年人安康

面对养老产业的三大困境，智慧养老以科技为桥梁，将健康管理、监测、康复等智能产品与养老服务深度融合，为老年人提供了前所未有的关怀与保护。温湿度传感器、气体传感器、空气质量传感器等科技“小助手”，为老年人的生活带来了翻天覆地的变化。

应用方案发布时间 : 2024-10-16

Silicon Labs（芯科科技）传感器选型指南

目录- sensor Product Introdution OPTICAL SENSORS/RELATIVE HUMIDITY AND TEMPERATURE SENSORS/TEMPERATURE SENSORS SENSOR-PUCK sensor IoT system

型号- IRMFB-EK,SI 1146-A10-GMR,SI 1142-A11-GMR,SI1140DK,SI7054-EVB,SI 1143-A11-GMR,SI7013-A20*,SI 1147-A10 -GMR,SI7013USB-DONGLE,SI7020-A20,SI7021-A20,SI 1141-A11-YM0R,SI7050-A20,SI 1141-A11-GMR,SI7055-EVB,SI7053-EVB,UVIRSLIDER2EK,SI700X,SI7022-A20,SI 1143-A11-YM0R,SI7050-EVB,SI114X,SI7053-A20,SI7023-A20,SI7006-A20,SI7022-23-EVB,SI 1102-A-GMR,SI1102EK,SI 1142-A11-YM0R,SI1145-A10-GMR,SI7054-A20,SI705X,SI7006-07-EVB,SI1132,SI701X,SI 1132-A10-GMR,SI7007-A20,SLSTK3201A,SI7055-A20

选型指南 - SILICON LABS - 2018/6/13 PDF 英文下载

【应用】温湿度传感器HTU20D用于智能大棚的棚内温度、土壤湿度监测，高精度、易于设计

智能大棚的核心是控制大棚内的温湿度，如发现棚内的温度已经超过35度，技术员可以通过手机遥控直接把整个设施棚内的风机打开。土壤湿度低于35%了，立即开始喷淋灌溉，立即开始补水，给植物营造出最适应的生长环境，温室大棚才能够种植出高质量、高产量的绿色蔬菜。本文介绍温室大棚设计中的温湿度传感器选用TE的HTU20D的方案。

应用方案发布时间 : 2020-02-04

广州拟建163座加氢站，智能传感器解决方案守护氢能安全

奥松电子的温湿度传感器AHT20配有一个全新设计的 ASIC专用芯片、一个经过改进的MEMS半导体电容式湿度传感元件和一个标准的片上温度传感元件，其性能已经大大提升甚至超出了前一代传感器的可靠性水平，新一代温湿度传感器，经过改进使其在恶劣环境下的性能更稳定，能实时监测周围环境的温度和湿度情况。

原厂动态发布时间 : 2023-11-18

【应用】IIC接口的温湿度传感器GXHT30成功用于智能控制面板，温度精度±0.3℃、湿度精度±3%RH

在一个客户智能控制面板的项目中，客户想要在面板上增加温湿度监测的功能，需要一款接口简单，温度精度±5℃，湿度±5%RH的温湿度传感器。鉴于此需求，给客户推荐了中科银河芯的GXHT30。

应用方案发布时间 : 2022-03-23

【产品】东胜物基于智能网关、温湿度传感器、烟雾传感器和有害气体检测的室内环境监测系统

东胜物联提出基于智能网关、温湿度传感器、烟雾传感器和有害气体检测的室内环境监测系统是一种通过物联网技术和智能设备实现对家庭环境安全的监测和管理的解决方案。室内环境监测系统可以在各种场所应用，旨在提供一个健康、安全、舒适的环境。通过实时监测和智能控制，它可以帮助改善居住和工作环境，提高生活质量和工作效率。

产品发布时间 : 2023-09-20

The Anatomy of an IoT Sensor: Key Elements and Design Considerations

型号- EFR32XG14,EFR32XG12,EFR32XG13,EFR32XG1,EFR32,EFR32XG22

白皮书 - SILICON LABS - 2022/1/25 PDF 英文下载

MEMS IDM智能传感器全产业链企业奥松电子，温湿度传感器市场国产品牌占有率第一

2022年2月15日，奥松电子（ASAIR）与世强签订代理协议，授权世强代理旗下浊度传感器、气体传感器、流量传感器、负离子传感器等全线产品，最新传感产品已上线，搜索即可获取相关产品信息。MEMS传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。

公司动态发布时间 : 2022-04-08

温湿度传感器芯片选型对比，HTU21D厂家有没有其它的温湿度传感器，温湿度精度可比拟的，与Si7021-A20-GM1R相比，哪些个性价比更高？

世强代理TE 温湿度传感器除了HTU21D外，还有HTU20D，HS1101LF。请参考https://www.sekorm.com/news/71351860.html。 HTU21D 与 Silicon Labs 温湿度传感器si7021比较，HTU21D睡眠功耗：0.02uA,温湿度测量工作电流：450uA。湿度精度： +/-3%RH max tolerance @55%RH；si7021睡眠功耗：0.06uA,温湿度测量工作电流：150uA。湿度精度： ± 3% RH (max), 0–80% RH；这两款温湿度传感器性能都很好，可根据产品自身的需求来选择。

技术问答发布时间 : 2018-09-06