超声波身高测量仪的原理是什么？

来源：半岛电竞官网入口    发布时间：2024-04-02 17:06:38

  超声波体重身高测量仪告诉你一个扎心的事实用这种仪器检测可能会让你变矮！

  一说到身高体重就是我值得骄傲的一件事情，都知道全国平均身高最高的省份在哪吗？

  没错！！！就是我们大山东俗称“鲁大壮”。身高在我们这边线后的孩子平均身高直接达到180CM。小编我180直接不敢说话！

  身高体重对我们很重要，你的身高体重足够好你就有优先选择权。不论是在择偶还是面试工作上面，高个子就是很有自信。当然，今天我们要讲的不是面试工作和择偶。是身高体重测量仪这个是我们今天要说的主角。

  电子秤基本都淘汰拉，现在很多医院体检中心都不会再使用，只有偶尔能够正常的看到药店门口摆放着吸引你去检测电子手动秤。检测会有误差能把你的身高和体重多报一些不准确也是很正常的一件事情，毕竟这种检测不需要收费，而且身高体重测量仪器本身价格也就是几百块的样子。我们图个开心就好啦！

  但是，超声波体重身高测量仪就不是这么回事了。这种非常扎心的事情，需要提前告诉你。尤其是在意身高体重小伙伴们注意啦。

  超声波体重身高测量仪检测身高体重是不会算鞋子（衣服）和头发的。这就是怎么回事你使用超声波秤的时候会变矮。因为超声波能量很大，头发就算能反弹超声波信号也很弱，超声波应该是打到头骨为主吧。他们还说用这个红外线或者超声波量身高会比卷尺量的高，我估计他们自己把自己量矮了吧，还有那个人工压头发身高计也未必就一定准吧，因为毕竟人工量有误差,有人为因素。

  超声波是一种由仪器从头顶发出的声波。超声波击中你的头皮，反弹回来，然后被仪器检测到声音信号，有小的时间差。电脑根据这个时间差计算出从设备到你头顶的距离，然后用这个距离减去设备到你所站飞机的距离，就得到了你的身高。

  此外，由于头发吸收声波，所以一般不影响。但是不要在头顶扎辫子和打结(太高的梳子会影响你的身高)。配件应取下(轻量配件不受影响)。

  事情越是扎心就越能证明超声波身高体重测量仪就越准确！还有就是小编这种身高体重根本就不需要担心，180cm只多不少！哈哈

  超声波身高测量仪的工作原理是通过连续检测超声波发射后障碍物反射的回波来测量发射和接收回波之间的时间差，然后通过波速乘以时间差来计算距离，正是这个原理被用来测量高度，所以超声波测量的时候障碍物就是人的头部。

  而超声波身高体重测量仪的不同之处在于，当测量高度时，这个障碍是人的头部，当超声波发射器沿一个方向发射超声波，并在发射的同时开始计时。超声波在空中传播，当它们在路上遇到障碍物时会立即返回。当超声波接收器接收到反射波时，它立马停止计时。超声波在空气中的传播速度为340米/秒，从发射点到障碍物的距离能够准确的通过计时器记录的时间来计算。因此，头发吸收声波便不可能影响测量结果。

  说一些题外话，现在很多身高体重测量仪都是超声波的，但是即使是高科技也会存在误差的，因为不同的时间段身体的内部也会发生明显的变化的，因为你吃东西、消化食物等很多因素都会影响测量误差的。其实不同的站姿也会有所影响的，就像你站稳站直测量会得到一个数据，但是不同的姿势也会有误差的。

  所以说测量身高体重的时候是没办法以偏概全的，记得保持同样的姿势反复测量几次，可以用超声波身高体重测量仪多测量几次，看看是否也有误差，有些被检者不仅身高会有误差，体重也会存在差距，如果一个人测量体重的时候，是蹲着的状态，那么他的重心就比较低，就会影响测量体重的数据；当他再一次站稳站直测量体重的时候，重心就变得比较高，体重的数值相对来说就会降低一些，所以这个是没办法定义的，所以使用的时候，要按照指定的站姿做测量，这样数据才会精准一些，也可以多测量几次。

  超声发射器，发出声波，然后声波触碰到头顶之后反射回去，最后被接收器接受。如果这样的一个过程花费了1秒，说明声波行进了330米，又因为是往返，÷2，也就是165米，这就是发射点和反射点之间的距离。

  超声身高检测仪就是测量这样的一个过程花费的时间，从而公式计算出反射点与发射点的距离，再结合发射点与站立平台的实际距离，简单加减法即可得出身高。

  可能有些测量仪会在结果后额外减去几厘米，作为鞋底，头发补偿，但这个就不一定了，要看不同厂家实际的软件设计。

  学习 MSP430 单片机最头痛的事情就是参考资料存在难寻找、英文翻译的问题。下面简单记录下寻找参考资料做开发的过程。

  进行下载，需要下载的东西有软件和例程两部分内容组成。接着进行下载(软件和例程都需要下载)：

  安装开发用的软件，一直下一步就行。安装好之后，按照从官网下载的用户快速入门指南按步骤操作。

  【学习交流群】嵌入式物联网开发需要学的东西比较多，就业岗位也是各种各样。很多人不知道该怎么学、学什么？也不知道嵌入式开发做什么工作比较好。欢迎各位一起进群学习交流。

  3D 打印的管道模型内部是有夹层，保证吹入管道的风为层流状态，所有空气分子齐刷刷地往前流，互不干扰。避免湍流的现象，减少流体流速本身的速度分量中存在的垂直分量。

  按照用户入门手册说明，接下来打开 USS 软件，与评估板连接。软件界面里 Connect 评估板，然后加载配置文件，下载配置信息到评估板。

  这里笔者使用的不是软件默认的安装目录，在软件安装的 mtr_gui_config 目录里寻找。

  点击 ADC 测试界面，点击 Capture 按钮，查看 ADC 采集的超声波信号。

  软件界面能够正常的看到，在绝对飞行时间的绘图界面中，使用风扇吹时，曲线有所响应。有无气体流量，能看到显而易见的曲线变化。

  时差法的原理是在有介质流动的流体两侧分别安置一个超声换能器，两个超声换能器交替发射超声波信号，两个超声波信号一个会顺向介质的流动方向传播，另一个会逆向介质的流动而传播。如此情况下受到介质流速的影响，两个超声信号在相同声程中的传播时间会产生差值。求出此时间差并根据公式可求得管道内介质的流速以及流量。

  1）包络检测首先要对信号进行去直流处理，使用 mean 函数进行均值操作。代码中计算平均值的代码如下图所示：

  希尔伯特变换的本质就是：已知接收到一个复信号的实部，怎么得到这个复信号，（虚部就是实部的希尔伯特变换）

  说明书中并没有详细描述包络的计算方式，对应的底层算法代码也暂时没找到。只知道此函数输出一个执行返回的代码能判断是否出错，同时说明手册中有提到这样的一个问题，下面贴出官方的回答。

  然后，参考资料中的燃气表设计指南提到了【包络交叉阈值检测的新方法】。总归是从包络线中提取原始信号的有效信息，得到飞行时间，进而根据管道的物理参数，计算得到瞬时流量。

  1）可能因为换能器固定的不是特别紧，容易松动；加上使用杜邦线并没有直接焊在焊盘上那么可靠，导致 ADC 采集的数据存在干扰。在实际应用中，需要外围做好屏蔽措施，比如加上金属外壳，裹上接地锡纸。实验测试过程中，流量误差在 ±40 升/小时变化。

  2）对于风速的变化，具有响应速度很快的特点；即使持续不到 1 秒钟的风速变化，也能看到测量结果明显改变。同时测量精度也比较高，能够完全满足小流量气体检测的应用需求。实测中，距离管道 0.5m 轻轻吹一口气的流量都能达到近 600 升/小时。

  3）PGA 增益、优化脉冲数和激发频率等参数的设置也很关键。如果激励与接收时间过短，就对单片机内部算法的检测速度有更高的要求，有可能会出现检测不到的情况进而报错，进入错误处理函数里还会卡住上位机软件；除此之外，增加脉冲数，可以在低流量测量中提供较低的标准偏差，但不利于高流量的测量。

  4）带 LCD 显示屏幕和按键等外设很友好，且屏幕的数据更新速度与上位机软件设置的间隔时间保持一致，刷新很快。其中上位机设置的参数，下位机能做到实时修改的编程思想非常实在，值得学习。

  按照上述参数运行后，总是提示测量值大于 UPS0 大于 UPS1 之间的时间。噪声比较大，轻易造成检测不到信号，出现了报错和尖刺的现象，如下图所示；尝试把屏蔽线焊接到地后，毛刺现象依然存在。

  结论：参数的设置不合理，每次采集的间隔设置为 250ms，一秒钟 4 次和PGA 的增益设置为 9.8dB，就能很大程度避免检测不到报错的情况。

  学习MSP430 单片机最头痛的事情就是参考资料存在难寻找、英文翻译的问题。下面简单记录下寻找参考资料做开发的过程。

  进行下载，需要下载的东西有软件和例程两部分内容组成。接着进行下载(软件和例程都需要下载)：

  安装开发用的软件，一直下一步就行。安装好之后，按照从官网下载的用户快速入门指南按步骤操作。

  3D 打印的管道模型内部是有夹层，保证吹入管道的风为层流状态，所有空气分子齐刷刷地往前流，互不干扰。避免湍流的现象，减少流体流速本身的速度分量中存在的垂直分量。

  【学习交流群】不知道如何学？遇上问题没人问？到处找资料？邀请你加入我的嵌入式物联网单片机学习交流群，群内气氛活跃，大咖小白、在职、学生都有，还有群友整理收集的100G教程资料，点击下方进群占位。（点击跳转到群二维码，请放心点击！）

  按照用户入门手册说明，接下来打开 USS 软件，与评估板连接。软件界面里 Connect 评估板，然后加载配置文件，下载配置信息到评估板。

  这里笔者使用的不是软件默认的安装目录，在软件安装的 mtr_gui_config 目录里寻找。

  点击 ADC 测试界面，点击 Capture 按钮，查看 ADC 采集的超声波信号。

  软件界面能够正常的看到，在绝对飞行时间的绘图界面中，使用风扇吹时，曲线有所响应。有无气体流量，能看到显而易见的曲线变化。

  时差法的原理是在有介质流动的流体两侧分别安置一个超声换能器，两个超声换能器交替发射超声波信号，两个超声波信号一个会顺向介质的流动方向传播，另一个会逆向介质的流动而传播。如此情况下受到介质流速的影响，两个超声信号在相同声程中的传播时间会产生差值。求出此时间差并根据公式可求得管道内介质的流速以及流量。

  1）包络检测首先要对信号进行去直流处理，使用 mean 函数进行均值操作。代码中计算平均值的代码如下图所示：

  希尔伯特变换的本质就是：已知接收到一个复信号的实部，怎么得到这个复信号，（虚部就是实部的希尔伯特变换）

  说明书中并没有详细描述包络的计算方式，对应的底层算法代码也暂时没找到。只知道此函数输出一个执行返回的代码能判断是否出错，同时说明手册中有提到这样的一个问题，下面贴出官方的回答。

  然后，参考资料中的燃气表设计指南提到了【包络交叉阈值检测的新方法】。总归是从包络线中提取原始信号的有效信息，得到飞行时间，进而根据管道的物理参数，计算得到瞬时流量。

  1）可能因为换能器固定的不是特别紧，容易松动；加上使用杜邦线并没有直接焊在焊盘上那么可靠，导致 ADC 采集的数据存在干扰。在实际应用中，需要外围做好屏蔽措施，比如加上金属外壳，裹上接地锡纸。实验测试过程中，流量误差在 ±40 升/小时变化。

  2）对于风速的变化，具有响应速度很快的特点；即使持续不到 1 秒钟的风速变化，也能看到测量结果明显改变。同时测量精度也比较高，能够完全满足小流量气体检测的应用需求。实测中，距离管道 0.5m 轻轻吹一口气的流量都能达到近 600 升/小时。

  3）PGA 增益、优化脉冲数和激发频率等参数的设置也很关键。如果激励与接收时间过短，就对单片机内部算法的检测速度有更高的要求，有可能会出现检测不到的情况进而报错，进入错误处理函数里还会卡住上位机软件；除此之外，增加脉冲数，可以在低流量测量中提供较低的标准偏差，但不利于高流量的测量。

  4）带 LCD 显示屏幕和按键等外设很友好，且屏幕的数据更新速度与上位机软件设置的间隔时间保持一致，刷新很快。其中上位机设置的参数，下位机能做到实时修改的编程思想非常实在，值得学习。

  按照上述参数运行后，总是提示测量值大于 UPS0 大于 UPS1 之间的时间。噪声比较大，轻易造成检测不到信号，出现了报错和尖刺的现象，如下图所示；尝试把屏蔽线焊接到地后，毛刺现象依然存在。

  结论：参数的设置不合理，每次采集的间隔设置为 250ms，一秒钟 4 次和PGA 的增益设置为 9.8dB，就能很大程度避免检测不到报错的情况。