基于單片機的超聲測距報警系統設計方案

　　隨著(zhù)智能建筑安防系統要求的不斷完善和人們安全防范意識的不斷提高，室內防盜已逐漸引起人們的注意。針對這種情況，本文設計了一種可用于室內防盜的超聲測距報警系統。雖然與常用于軍事或特殊工業(yè)的雷達和激光相比，超聲波在穩定性和精準度上存在一定差距，但它在某些方面也具有優(yōu)勢，如價(jià)格低廉，設計簡(jiǎn)單，受外界環(huán)境的影響較小等。近幾年隨著(zhù)微處理器的快速發(fā)展，超聲波測距裝置在其檢測精度、手段和應用范圍上都有了很大的提高，所以超聲測距的應用范圍變得更加廣泛，倒車(chē)雷達和自動(dòng)導航、液位測量、機器人視覺(jué)識別和建筑安防等。本文設計的基于PIC16F877A 的室內安防超聲測距報警系統具有設計簡(jiǎn)單，檢測精度高，抗干擾能力強，隱蔽性好等特點(diǎn)，并且在辦公室進(jìn)行了初步安裝調試，試驗結果達到了預期的目的。

　　1 超聲測距報警原理

　　超聲換能器是超聲測距報警系統必備的元器件之一，選擇合適的超聲換能器對系統的性能有著(zhù)重要的意義。目前最常用的是壓電式超聲波傳感器，它是利用電致伸縮現象制成的，在壓電材料切片上施加交變電壓，使它產(chǎn)生電致伸縮振動(dòng)而產(chǎn)生超聲波，同樣，當超聲波作用到壓電晶片上時(shí)使晶片伸縮，在晶片的兩個(gè)界面上便產(chǎn)生交變電荷，這種電荷被轉換成電壓并經(jīng)過(guò)放大后送到測量電路，最終可以被記錄或顯示。

　　本系統采用的是收發(fā)分離的壓電式超聲傳感器TX40-16 和RX40-16。

　　超聲測距的系統原理方法一般包括三種：相位檢測法，聲波幅值檢測法和渡越時(shí)間檢測法。本系統采用渡越時(shí)間檢測法，也就是我們通常所說(shuō)的時(shí)間差法，即超聲波從發(fā)射到接收的時(shí)間段內所走的距離為待測距離的2 倍，所以：

　　其中：D--待測距離（m）；c--聲波在該介質(zhì)中的速度（m/s）；t--測得的時(shí)間差（s）。

　　由上式我們可以看出，測量誤差主要是由聲速誤差和測量時(shí)間誤差所引起的。本系統主要是通過(guò)軟件修正對測量時(shí)間誤差進(jìn)行改善，而聲速誤差則是通過(guò)溫度補償來(lái)減小的。零度下聲速大約為331.48m/s,其他溫度下的聲速我們可以通過(guò)下式進(jìn)行修正：

　　其中，T 為當前環(huán)境溫度。

　　溫度與聲速對應表如表1 所示。

表1 溫度與聲速對應表

　　2 系統硬件設計

　　本設計采用Microchip 公司的PIC16F877A芯片作為超聲測距系統的主控芯片，該芯片具有豐富的I/O口資源、可配置不同的時(shí)鐘頻率、內置A/D 轉換等優(yōu)點(diǎn)，強大的功能使設計更為簡(jiǎn)單、便捷。

圖1 超聲測距原理框圖

　　溫度傳感器采用DS18B20 芯片，該傳感器具有單總線(xiàn)接口，±0.5℃的測量精度，使用電壓范圍寬，分辨率可調，測溫范圍寬，負壓特性，數字轉換迅速等特點(diǎn)，應用十分簡(jiǎn)潔方便，符合設計要求。DS18B20讀取溫度時(shí)，要關(guān)閉中斷，否則可能造成溫度讀取錯誤。系統硬件框圖如圖1 所示。