1.1 课题背景及研究的目的和意义

电子技术的高速发展加快了测距方式的转变，前后出现了用激光、微波雷达、红外线及超声波测距等方法。激光测距的精度高，但它易受到外界的影响，而且一旦出现损坏，维修起来很麻烦，所以只能在军时中得到运用[2]。而微波雷达测距技术，它的制作成本高，几乎不在市面上出现。而红外测距不仅制作简单，而且成本低，但是它的测量精度和方向性都比较差。超声波测距是一种不需要接触就可以进行测量的技术，与上述测距方式相比，超声测距具有以下的优点：

(1)超声波对颜色和光照度不敏感，可用于判别透明及漫反射性差的物体(如玻璃)。

(2)超声波对外界光线和电磁场不敏感，可用于黑暗、有尘埃或烟雾、电磁滋扰强、有毒等恶劣环境中。

(3)超声波传感器构造单一、体积小、费用低、技术难度小、信息处理简单可靠、易于小型化和集成化。

超声波能够在气、液、固或它们的混合物中传播，也可在人体和重金属中传播，这是它独特的地方。由于超声波能够与传输介质进行相互作用，可携带传输介质的状态信息，因此，可以通过利用超声波传播来确定传输介质的状态。文献综述

准确的测量出距离在许多控制场所都有非常重要的意义。超声波的方向性好，受外界环境的影响较小，成本低，易实现。但是超声波测距也有很多局限性，如何提高它的测量精度、减小误差和扩大测量范围等方面需要进行不断的研究。

1.2 超声波测距技术的国内外发展现状。

1.3 论文的主要研究内容

随着测控技术的高速发展，超声波的发展十分迅速，一些简单高效的超声波模块已经走进我们的生活，本次设计是通过51单片机控制HC-SR04 超声波测距模块发送并接受超声波信号，经单片机处理由四位数码管显示测量的距离，并设置若干功能按键。测量范围3cm到300cm。通过对影响超声波测距精度因素的分析与总结，提出相关合理的见解。

2 超声波测距的基本原理以及总体方案设计

2.1 超声波测距的基本理论

声波是一种能够在气体、液体和固体等介质中传播的机械波[8]。正常情况下，人们能够听到的声波范围是20赫兹到2万赫兹，当声波的振动频率低于20赫兹时称为次声波，当振动频率高出2万赫兹时称为超声波。超声波本质上是一种机械振动，可以在不同介质中传播。超声频率高，波长短，在一定范围内能够沿直线传播而不会发生散射，具有很好的方向性。

2.1.1介质的超声波传播特性来~自^751论+文.网www.751com.cn/

(1)声速

声音的速度是指介质中超声波的传播速度。若是忽略外界环境的影响，超声波在标准大气压与常温下（25oC，101kpa）的传播速度是340m/s,温度、压强等环境因素对声速有一定的影响，其中温度对超声波传播速度的影响较大。通常情况下，气温每升高1度，传播速度约增加0.6m/s[9]。声波的传播速度可近似地表示为:

            ≈                   （2-1）

式中，T为环境温度。

（2）声衰减

在超声波传播过程中，超声波会发生发散、吸收、反射、散射等情况，这样会使声能不断减少。使超声波衰减的原因有波束扩散、晶粒散射和介质吸收。下面简要的介绍一下什么是扩散衰减、吸收衰减、散射衰减。