基于單片機的超聲測距報警系統設計方案

　　隨著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勢，如價格低廉，設計簡單，受外界環境的影響較小等。近幾年隨著微處理器的快速發展，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，倒車雷達和自動導航、液位測量、機器人視覺識別和建筑安防等。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，使它產生電致伸縮振動而產生超聲波，同樣，當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生交變電荷，這種電荷被轉換成電壓并經過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間檢測法。本系統采用渡越時間檢測法，也就是我們通常所說的時間差法，即超聲波從發射到接收的時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 為當前環境溫度。

　　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、可配置不同的時鐘頻率、內置A/D 轉換等優點，強大的功能使設計更為簡單、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，測溫范圍寬，負壓特性，數字轉換迅速等特點，應用十分簡潔方便，符合設計要求。DS18B20讀取溫度時，要關閉中斷，否則可能造成溫度讀取錯誤。系統硬件框圖如圖1 所示。