1.徐州一中综合实践活动（研究性学习）课题实施方案申报表

2.徐州一中综合实践活动（研究性学习）记录表

3.徐州一中综合实践活动（研究性学习）记录表

注：1、由课题组长指派专人负责填写，备追踪课题研究过程时使用。

   2、本表一式三份，交由年级处、指导教师、课题组长存档。

4.徐州一中综合实践活动（研究性学习）记录表

注：1、由课题组长指派专人负责填写，备追踪课题研究过程时使用。

   2、本表一式三份，交由年级处、指导教师、课题组长存档。

   3.徐州一中综合实践活动（研究性学习）课题研究成果报告

基于HC-SR04超声波传感器--微型雷达设计研究

一、研究背景

随着自动驾驶、无人机和智能家居技术的发展，雷达测距系统在现代科技中扮演着越来越重要的角色。传统雷达设备成本高、体积大，不适合在中小型智能设备中使用。为探索一种低成本、易实现的测距方式，我们利用 HC-SR04 超声波传感器 设计并制作了一个微型雷达装置，尝试实现简易的距离测量与障碍物探测功能。

二、研究目的

探究超声波传感器的工作原理及其测距规律。

设计一个可旋转的雷达系统，实现环境扫描与障碍物检测。

分析不同环境、角度和材质对测距精度的影响。

评估该装置在低成本条件下的实用性和改进方向。

三、实验原理

HC-SR04 超声波传感器 通过发射超声波并接收回波来计算物体距离。

声速在常温（20°C）空气中约为 340 m/s。程序通过检测回波时间，计算出障碍物的距离并输出结果。

我们将传感器安装在可旋转舵机上，实现“雷达式扫描”，并在电脑上通过串口绘制简易的二维图像。

实验器材

HC-SR04 超声波传感器、Arduino UNO、舵机、杜邦线、电源模块、电脑（含Arduino IDE）

五、实验步骤

1.硬件搭建

2.将 HC-SR04 的 Trig、Echo 接口分别连接至 Arduino 的数字口；

舵机连接至 PWM 控制口，用于角度控制；

将传感器固定在舵机上，组成可旋转测距头。

程序编写

编写 Arduino 程序控制舵机从 0° 到 180° 循环扫描；

每隔 1° 触发一次超声波测距，并通过串口发送距离数据。

数据采集与记录

3.在固定环境中，设置不同距离的障碍物；

每个距离测量 3 次，取平均值；

这张图表清晰地展示了每组实验中障碍物实际厚度（蓝色柱）与雷达估算厚度（橙色柱）的对比情况。从图中可以看出：

1雷达估算厚度与实际厚度整体趋势一致，随着障碍物厚度增加，估算值也相应增大。

2雷达估算值普遍略低于实际厚度，误差范围在 0.1-0.3cm 之间，表现出了较高的测量精度。

3每组实验的三次重复测量结果波动很小，说明实验数据的稳定性和可靠性较好

·  雷达估算值与实际厚度的趋势高度一致，随着实际厚度增加，估算值也相应增大。

·  三次雷达测量的结果非常接近，说明测量的稳定性和重复性很好。

·  所有雷达估算值都略低于实际厚度，这可能是由超声波的传播特性或设备精度导致的。

4.改变物体材质（泡沫、海绵、木头、亚克力塑料板）对比实验。

5.改变角度（0°、30°、45°）进行对比实验。

六、实验分析

距离精度方面：0° 时，0～100cm 范围内测距误差小于 ±2%，说明在短距离测量中较为稳定。

高密度泡沫的高度影响

材质影响：吸音材质（如布料）反射弱，误差显著增大。

角度影响：当物体表面倾斜时，超声波反射角偏离传感器接收方向，导致测距偏大。

优化效果：通过调整延时参数（Echo信号读取等待时间），测距稳定性提升约10%。

七、结论与思考

本实验成功设计并实现了一个可旋转的微型雷达系统，利用HC-SR04 实现了距离测量与障碍物检测。实验结果表明，在理想条件下，该系统测距精度较高，但在倾斜角度或吸音材质下性能下降。

未来可以尝试：

1引入多传感器融合提升识别能力；

2结合蓝牙或Wi-Fi 模块实现远程监测与应用扩展。

本课题不仅让我们理解了雷达测距的物理原理，也培养了实验设计、问题分析与程序调试的综合能力。科学探索不在于结果完美，而在于思考与改进的过程。