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精度要求。
表1.1 不同温度下超声波声速表[2]
温度(℃) -30 -20 319 -10 325 0 323 10 338 20 344 30 349 100 386 速度(m/s) 313 一般情况下，为了适应不同温度下的工作要求，用软件进行温度补偿的公式为
C=331.5+0.607T (1)
其中C为校正后的速度，T为当时检测的温度。
校正后的速度如表1.2所示，校正后的速度最大误差不超过5%。
表1.2 补偿后声速与温度的关系[2]
温度/℃ 声速/（m/s） 超声波的特点： ①超声波在不同介质中的传播速度不同； ②超声波通过两种或两种以上的介质时会产生反射和折射的现象； ③超声波在空气中的传播有较大的衰减，尤其是频率较大时衰减更大，因此在空气中传播时采用频率较低的超声波，一般采用频率为几十千赫兹的超声波，典型应用频率为40KHZ； ④超声波的频率比音频高，所以超声波不易被环境中的噪音所干扰。 本课题要求利用单片机设计一个低成本、高精度、微型化的数字显示声光报警的超声波测距仪，本文所述的超声波测距系统主要由声波发射模块，回波接收模块、基于AT89C51的控制模块、温度检测模块、报警模块以及显示模块。具有灵活性强，可靠性高，计算简单，易于做到实时控制等优点。 1.2 超声波在国内外的发展现状
从19世纪末到20世纪初，人类在物理学上发现了压电效应与反压电效应之后，人们终于解决了利用电子学技术产生超声波的方法，从此迅速推动了超声波技术的发展。
1922年，首例超声波治疗的发明专利出现在德国。
-30 313 -20 319 -10 325 0 331 10 337 20 343 30 349 100 381 6 页 桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告 第
1939年发表了关于超声波治疗在临床取得效果的文献报道。
40年代末期超声治疗在欧美兴起，直到1949年召开的第一次国际医学超声波学术会议上，才有了有关超声治疗方面的论文交流，为超声治疗学的发展与应用奠定了基础。在1956年第二届国际超声医学学术会议上已有许多关于超声波的论文发表，超声治疗进入实用成熟阶段。
国内在超声治疗领域起步比欧美晚，到20世纪50年代初才只有少数医院开展超声治疗的工作，从1950年北京首先开始用800KHZ频率的超声治疗机治疗多种疾病，到50年代开始逐渐推广，并有了国产仪器。公开的文献报道始见于1957年，到70年代有了各型国产超声治疗仪，超声治疗法普及到全国各大型医院。
40多年来，全国各大医院已积累了相当丰厚的资料和比较丰富的临床经验。特别是在20世纪80年代初出现的超声体外机械波碎石术和超声外科，这是结石症治疗史上的重大突破，如今已在国际范围内推广应用。高强度聚焦超声无创外科，已使超声治疗在当代医疗技术中占据重要位置，而在21世纪(HIFU)超声聚焦外科已被誉为是21世纪治疗肿瘤的最新技术。 1.3 研究目的和意义
超声波既是一种波动形式，同时又是一种能量形式，当其强度超过一定值时，它就可以通过与传播超声波的媒质的相互作用，去影响、改变以致破坏后者的状态、性质及结构用作治疗。超声波技术在医学、军事、化工等行业占据着重要的地位，研究超声波测距技术有着非常重要的意义。
目前对于超声波精确测距的需求也越来越大，例如油库和水箱液面的精确测量和控制，物体内气孔大小的检测和机械内部损伤的检测等。在机械制造，电子冶金，航海，航空，石油化工，交通运输等工业领域也有广泛地应用。此外，在材料科学，医学，生物科学等领域中也占具重要地位。 1.4 研究内容
本课题的研究对象是超声波测距仪，利用单片机来控制超声波的发射与接收，并在数码管上显示出障碍物与传感器之间的距离。基本思想就是利用AT89C51单片机做为主控制模块，控制HC-SR04超声波发射超声波以及接收回波信号，在单片机内处理数据并通过数码管显示出来。本设计中还利用DS18B20进行温度补偿，以减小测距误差。
系统硬件主要由电源电路、单片机主控制模块、数码管显示模块、DS18B20温度补偿模块以及声光报警模块等。由于超声波清洗速度快、质量好、污染小，因此，超声波清洗技术正在越来越多的工业中得到应用。除此之外，超声波金属焊接的应用、超声波
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美容换能器的应用、雷达等，都体现了超声波对各行业起着重要的作用。超声波测距主要应用于倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业现场，例如：井深、液位、管道长度等场合。目前国内一般使用专用集成电路设计超声波测距仪，但是专用集成电路的成本很高，且没有显示，操作不方便。
本课题要求利用单片机设计一个高精度、低成本、微型化的数字显示超声波测距仪。 1.5 论文结构
本文介绍了一种基于单片机系统模块为核心的超声波测距的设计与实现方案，并简要介绍了相关背景、研究内容以及应用，具体组织结构如下：
第一章：绪论。主要阐述课题的研究背景、研究现状以及研究目的和意义等； 第二章：系统方案设计。主要介绍系统的功能和总体设计方案； 第三章：硬件设计。主要阐述系统硬件电路的分析及实现； 第四章：软件设计。主要阐述系统软件编程及实施方案；
第五章：系统测试。主要阐述系统功能、性能测试和结果分析以及解决方案等。
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第二章 系统方案设计
距离测量的方法很多，但超声波测距以其非接触式、携带方便、简单易用等优点被人们广为应用。本章主要讲述本设计的设计要求与设计方案，对以AT89C51为主控制模块的超声波测距仪进行结构分析与设计。 2.1 设计要求
系统主要研究的是基于单片机的超声波测距，其主要功能要求如下： 1、能实时显示测量距离；
2、当距离小于预置值时（本设计预置值为10cm），系统指示灯闪烁且蜂鸣器报警提示； 3、 测量距离误差小于1cm；
本设计扩展功能如下： 1、能进行温度补偿并显示温度值； 2、当距离大于200cm时数码管显示CCC； 3、当环境温度大于90℃时，蜂鸣器报警提示。 2.2设计方案
1 设计思路
我们可以通过尺、激光测距等原理来实现距离测量，但通过尺测量速度慢，效率低；激光测距精度高速度快，但成本高。本文章所提出的超声波测距仪实现了低成本、电路简单、使用方便、相对高的精度等优点。
超声波测距仪是通过单片机控制发射出40KHZ频率的超声波，以此同时单片机的定时器开始计时，超声波遇到障碍物反射回来由超声波接收探头接收信号并产生中断，定时器停止计时。单片机通过温度传感器进行温度补偿校正超声波此时环境温度下的速度，由路程与速度和时间的关系计算出传感器与障碍物之间的距离。
根据设计要求，并综合考虑各种因素，本文章选择STC89C51单片机做为主控制模块，它控制40KHZ脉冲的触发和超声波从发射到接收的时间差，并显示障碍物到传感器的距离；用DS18B20进行温度补偿，校正超声波在不同温度下的传播速度；用发光二极管和蜂鸣器实现报警提示电路；用HC-SR04超声波模块实现超声波的发射与接收。
系统设计的整体框图如图2.1所示：
2 系统最终方案
通过各个模块的分析和论证（详细请看第三章），决定系统各模块的最终方案如下：
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1、控制模块：采用STC89S51单片机做主控制器； 2、超声波发射接收模块：HC-SR04超声波模块； 4、显示模块：四位一体共阳极数码管； 5、报警模块：蜂鸣器和发光LED；
6、温度补偿模块：DS18B20温度传感器芯片。
图2.1 系统设计整体框图 超声波发射模块 超声波接收模块 DS18B20温度补偿模块 数码管显示模块 AT89C51单片机控制系统 声光报警模块