基于單片機(jī)的超聲測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)的不斷提高，室內(nèi)防盜已逐漸引起人們的注意。針對(duì)這種情況，本文設(shè)計(jì)了一種可用于室內(nèi)防盜的超聲測(cè)距報(bào)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(shì)，如價(jià)格低廉，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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(cè)距裝置在其檢測(cè)精度、手段和應(yīng)用范圍上都有了很大的提高，所以超聲測(cè)距的應(yīng)用范圍變得更加廣泛，倒車(chē)?yán)走_(dá)和自動(dòng)導(dǎo)航、液位測(cè)量、機(jī)器人視覺(jué)識(shí)別和建筑安防等。本文設(shè)計(jì)的基于PIC16F877A 的室內(nèi)安防超聲測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，檢測(cè)精度高，抗干擾能力強(qiáng)，隱蔽性好等特點(diǎn)，并且在辦公室進(jìn)行了初步安裝調(diào)試，試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到了預(yù)期的目的。

　　1 超聲測(cè)距報(bào)警原理

　　超聲換能器是超聲測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)必備的元器件之一，選擇合適的超聲換能器對(duì)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(dòng)而產(chǎn)生超聲波，同樣，當(dāng)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(zhuǎn)換成電壓并經(jīng)過(guò)放大后送到測(cè)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(cè)距的系統(tǒng)原理方法一般包括三種：相位檢測(cè)法，聲波幅值檢測(cè)法和渡越時(shí)間檢測(cè)法。本系統(tǒng)采用渡越時(shí)間檢測(cè)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(nèi)所走的距離為待測(cè)距離的2 倍，所以：

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

　　由上式我們可以看出，測(cè)量誤差主要是由聲速誤差和測(cè)量時(shí)間誤差所引起的。本系統(tǒng)主要是通過(guò)軟件修正對(duì)測(cè)量時(shí)間誤差進(jìn)行改善，而聲速誤差則是通過(guò)溫度補(bǔ)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(dāng)前環(huán)境溫度。

　　溫度與聲速對(duì)應(yīng)表如表1 所示。

表1 溫度與聲速對(duì)應(yīng)表

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　本設(shè)計(jì)采用Microchip 公司的PIC16F877A芯片作為超聲測(cè)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(shí)鐘頻率、內(nèi)置A/D 轉(zhuǎn)換等優(yōu)點(diǎn)，強(qiáng)大的功能使設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單、便捷。

圖1 超聲測(cè)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(cè)量精度，使用電壓范圍寬，分辨率可調(diào)，測(cè)溫范圍寬，負(fù)壓特性，數(shù)字轉(zhuǎn)換迅速等特點(diǎn)，應(yīng)用十分簡(jiǎn)潔方便，符合設(shè)計(jì)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(cuò)誤。系統(tǒng)硬件框圖如圖1 所示。