基于單片機的超聲測距報警系統(tǒng)設(shè)計方案

　　隨著智能建筑安防系統(tǒng)要求的不斷完善和人們安全防范意識的不斷提高，室內(nèi)防盜已逐漸引起人們的注意。針對這種情況，本文設(shè)計了一種可用于室內(nèi)防盜的超聲測距報警系統(tǒng)。雖然與常用于軍事或特殊工業(yè)的雷達(dá)和激光相比，超聲波在穩(wěn)定性和精準(zhǔn)度上存在一定差距，但它在某些方面也具有優(yōu)勢，如價格低廉，設(shè)計簡單，受外界環(huán)境的影響較小等。近幾年隨著微處理器的快速發(fā)展，超聲波測距裝置在其檢測精度、手段和應(yīng)用范圍上都有了很大的提高，所以超聲測距的應(yīng)用范圍變得更加廣泛，倒車?yán)走_(dá)和自動導(dǎo)航、液位測量、機器人視覺識別和建筑安防等。本文設(shè)計的基于PIC16F877A 的室內(nèi)安防超聲測距報警系統(tǒng)具有設(shè)計簡單，檢測精度高，抗干擾能力強，隱蔽性好等特點，并且在辦公室進行了初步安裝調(diào)試，試驗結(jié)果達(dá)到了預(yù)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(tǒng)必備的元器件之一，選擇合適的超聲換能器對系統(tǒng)的性能有著重要的意義。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(xiàn)象制成的，在壓電材料切片上施加交變電壓，使它產(chǎn)生電致伸縮振動而產(chǎn)生超聲波，同樣，當(dāng)超聲波作用到壓電晶片上時使晶片伸縮，在晶片的兩個界面上便產(chǎn)生交變電荷，這種電荷被轉(zhuǎn)換成電壓并經(jīng)過放大后送到測量電路，最終可以被記錄或顯示。

　　本系統(tǒng)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(tǒng)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間檢測法。本系統(tǒng)采用渡越時間檢測法，也就是我們通常所說的時間差法，即超聲波從發(fā)射到接收的時間段內(nèi)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間誤差所引起的。本系統(tǒng)主要是通過軟件修正對測量時間誤差進行改善，而聲速誤差則是通過溫度補償來減小的。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下式進行修正：

　　其中，T 為當(dāng)前環(huán)境溫度。

　　溫度與聲速對應(yīng)表如表1 所示。

表1 溫度與聲速對應(yīng)表

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　本設(shè)計采用Microchip 公司的PIC16F877A芯片作為超聲測距系統(tǒng)的主控芯片，該芯片具有豐富的I/O口資源、可配置不同的時鐘頻率、內(nèi)置A/D 轉(zhuǎn)換等優(yōu)點，強大的功能使設(shè)計更為簡單、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接口，±0.5℃的測量精度，使用電壓范圍寬，分辨率可調(diào)，測溫范圍寬，負(fù)壓特性，數(shù)字轉(zhuǎn)換迅速等特點，應(yīng)用十分簡潔方便，符合設(shè)計要求。DS18B20讀取溫度時，要關(guān)閉中斷，否則可能造成溫度讀取錯誤。系統(tǒng)硬件框圖如圖1 所示。