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基于单片机的超声测距报警系统设计方案

发布时间:2020-07-01 02:04:02 阅读: 来源:漆包线厂家

随着智能建筑安防系统要求的不断完善和人们安全防范意识的不断提高,室内防盗已逐渐引起人们的注意。针对这种情况,本文设计了一种可用于室内防盗的超声测距报警系统。虽然与常用于军事或特殊工业的雷达和激光相比,超声波在稳定性和精准度上存在一定差距,但它在某些方面也具有优势,如价格低廉,设计简单,受外界环境的影响较小等。近几年随着微处理器的快速发展,超声波测距装置在其检测精度、手段和应用范围上都有了很大的提高,所以超声测距的应用范围变得更加广泛,倒车雷达和自动导航、液位测量、机器人视觉识别和建筑安防等。本文设计的基于PIC16F877A 的室内安防超声测距报警系统具有设计简单,检测精度高,抗干扰能力强,隐蔽性好等特点,并且在办公室进行了初步安装调试,试验结果达到了预期的目的。

1 超声测距报警原理

超声换能器是超声测距报警系统必备的元器件之一,选择合适的超声换能器对系统的性能有着重要的意义。目前最常用的是压电式超声波传感器,它是利用电致伸缩现象制成的,在压电材料切片上施加交变电压,使它产生电致伸缩振动而产生超声波,同样,当超声波作用到压电晶片上时使晶片伸缩,在晶片的两个界面上便产生交变电荷,这种电荷被转换成电压并经过放大后送到测量电路,最终可以被记录或显示。

本系统采用的是收发分离的压电式超声传感器TX40-16 和RX40-16。

超声测距的系统原理方法一般包括三种:相位检测法,声波幅值检测法和渡越时间检测法。本系统采用渡越时间检测法,也就是我们通常所说的时间差法,即超声波从发射到接收的时间段内所走的距离为待测距离的2 倍,所以:

其中:D--待测距离(m);c--声波在该介质中的速度(m/s);t--测得的时间差(s)。

由上式我们可以看出,测量误差主要是由声速误差和测量时间误差所引起的。本系统主要是通过软件修正对测量时间误差进行改善,而声速误差则是通过温度补偿来减小的。零度下声速大约为331.48m/s,其他温度下的声速我们可以通过下式进行修正:

其中,T 为当前环境温度。

温度与声速对应表如表1 所示。

表1 温度与声速对应表

2 系统硬件设计

本设计采用Microchip 公司的PIC16F877A芯片作为超声测距系统的主控芯片,该芯片具有丰富的I/O口资源、可配置不同的时钟频率、内置A/D 转换等优点,强大的功能使设计更为简单、便捷。

图1 超声测距原理框图

温度传感器采用DS18B20 芯片,该传感器具有单总线接口,±0.5℃的测量精度,使用电压范围宽,分辨率可调,测温范围宽,负压特性,数字转换迅速等特点,应用十分简洁方便,符合设计要求。DS18B20读取温度时,要关闭中断,否则可能造成温度读取错误。系统硬件框图如图1 所示。

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