1. 研究目的与意义
声音是由物体的振动产生的，人类能听到的声音的频率在20Hz-20KHz范围内，低于20Hz的声音称为次声波，高于20KHz的声音称为超声波。超声波在气体、液体、固体中以不同速度传播，在介质中的传输距离较远，定向性好，能量集中，传输过程中衰减较小，反射能力强，因此超声波经常被应用于距离的测量。超声波测距是一种非接触检测技术，不会受到光线和被测物颜色等的影响，对较恶劣的环境具有一定的适应能力，且设计方便，计算处理较简单，测量精度也能满足工农业实际应用的要求。
超声波测距由于其能进行非接触测量和相对较高的精度，在国防航空航天、电力、石化、机械材料、通信、医疗等众多领域中皆有广泛的应用，可以保障安全、保证产品质量，还可以起到节约能源、降低成本的作用。可以说，超声波与人们日常生活的联系越来越紧密，也越来越受到人们的重视，具有十分广阔的发展前景。
2. 国内外研究现状分析
历史上使用超声波来测量距离是从第二次世界大战时海军的声纳技术的发展开始。声纳是一种利用声波在水下测定目标距离和运动速度的仪器。经过几个世纪，科学家们对此反复研究，最终发现了超声波的原理。
在现代社会，计量学在实际应用中越来越重要，其中尤以非接触式测量越来越受到人们的重视。随着超声波的发展，早在2000年时英国人就设计出了可观察、识别并测距的超声波集成系统。然而超声波测距在实际应用有很多局限性，例如由于超声波在传播过程中，声强会随距离的增大而呈指数规律衰减，测远距离目标时可能会影响计时的准确性，从而影响到测距的精度。在我国，近十年来，科研人员在超声波回波信号处理方法、新型超声波换能器研发、超声波发射脉冲选取等方面进行了大量理论分析与研究，并针对超声测距的常见影响因素提出温度补偿、接收回路串入自动增益调节环节等提高超声波测距精度的措施。
目前国产低功率超声波探头，一般不能用于探测 15m 以外的物体，而美国 airmar 公司生产的airducer ar30 超声波传感器的作用距离可达 30m，但价格较高，且测量精度能进一步提高。
3. 研究的基本内容与计划
根据超声波测距原理，利用单片机实现声源与障碍物之间距离的测定和显示，可实现测量时无直接接触被测物，测量精度为1cm，本设计可应用于树木高度的测量，并能显示树高的测量结果。
超声波测距原理：
超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。
4. 研究创新点
1.由于超声波速度受温度影响比较大，可利用温度传感器测量环境温度，再对超声波速度进行校正，进而计算出测量距离，能显著提高测距精度。
2. 本设计采用以单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法, 整个电路采用模块化设计，由主程序、预置子程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序等模块组成。
3. 本设计以测树高为目的，增加了倾角传感器，可解决超声波测距距离限制的影响。
