軟件設(shè)計主要包括：主程序，測溫修正聲速子程序，中斷子程序，濾波子程序，報警子程序和顯示子程序等。

　　系統(tǒng)開始工作后，首先完成系統(tǒng)初始化；緊接著是對聲速進(jìn)行修正，得到當(dāng)前溫度下的聲速；然后對定時器T1 進(jìn)行設(shè)置，并由PIC 單片機產(chǎn)生40KHz 的方波；接下來便是通過讀取T1 定時器的數(shù)值來計算測距時間和測量距離；得到正確的測量距離便采用數(shù)組的方式進(jìn)行記錄，數(shù)組元素個數(shù)為11,采用冒泡法進(jìn)行排序，取中間值作為最終的測量距離，以提高測距的精準(zhǔn)度；下一步便是判定是否符合報警條件，如果符合條件便報警，然后通過數(shù)碼管顯示距離，不符合報警條件則直接顯示距離。在程序運行過程中，如果有中斷產(chǎn)生便跳到中斷子程序。在中斷程序中，首先判斷該中斷是外部中斷還是T1 溢出中斷。如果是外部中斷，則關(guān)閉T1 和外部中斷使能并計算時間和距離；如果是T1 溢出中斷，則對T1 進(jìn)行清零，系統(tǒng)重新發(fā)射超聲波。系統(tǒng)主程序及中斷程序流程圖如圖7 所示。

圖7 系統(tǒng)主程序及中斷程序流程圖。

　　在軟件設(shè)計時，要特別注意避免在DS18B20 總線讀寫或復(fù)位的過程中產(chǎn)生中斷，防止溫度讀取錯誤。

　　系統(tǒng)每計算完一次時間和距離時都要對定時器T1 清零，否則下一次測量會造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

　　4 實驗結(jié)果及分析

　　本文首先對測量距離和測量結(jié)果進(jìn)行了驗證和分析。發(fā)射換能器剛發(fā)射的超聲波可能會直接橫向發(fā)射到接收超聲換能器，所以在發(fā)射完超聲波后進(jìn)行延時，由此產(chǎn)生的盲區(qū)大約為10cm.測量結(jié)果和相對誤差如表2 所示。

表2 探測結(jié)果及誤差分析

　　由表2 我們可以看出：近距離測量比較準(zhǔn)確，但遠(yuǎn)距離測量時較容易出現(xiàn)測量誤差。產(chǎn)生誤差的原因有很多，如聲速、空氣濕度、發(fā)射角度等，而換能器振膜的位置和電-機械信號轉(zhuǎn)換速率等誤差也是不可忽視的原因，這些誤差主要是通過多次測量不斷修改測量距離公式來進(jìn)行修正的。本文測距產(chǎn)生誤差的原因主要是超聲波在傳播的過程中的衰減和丟失。

　　超聲波報警方式主要有兩種：一種是通過軟件設(shè)置一個閾值與測的距離進(jìn)行比較，如果不符合確定的定義則報警。另一種是通過多普勒效應(yīng)波形檢測，發(fā)射換能器發(fā)射超聲波后，在沒有移動物體進(jìn)入被探測區(qū)域的情況下，反射回來的超聲波是等幅的；當(dāng)有活動的物體進(jìn)入探測區(qū)域時，反射回來的超聲波幅度不等，并且不斷變化，當(dāng)接收電路檢測到變化的信號時，控制電路便驅(qū)動報警裝置進(jìn)行報警。

　　本文首先按照第一種報警思路對系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計。我們把測距報警系統(tǒng)安置在正對著辦公室門口的桌子上，系統(tǒng)穩(wěn)定后測的距離為188,我們設(shè)定的閾值為200,當(dāng)有人進(jìn)入便造成探測距離小于預(yù)設(shè)值，如果在預(yù)定的20s 內(nèi)沒有取消報警設(shè)置時，系統(tǒng)便會自動報警。試驗結(jié)果表明，系統(tǒng)反應(yīng)靈敏、精準(zhǔn)度高，誤報率低于1%,符合設(shè)計要求。下一步工作我們可以把產(chǎn)生的報警信號通過短信的方式發(fā)送到手機客戶端或者防務(wù)人員信息端。

　　針對第二種報警方式，我們把CX20106A 輸出電平信號變化類比為多普勒波形進(jìn)行檢測。通過試驗得知：如果不間斷的發(fā)射超聲波，CX20106A 芯片7 引腳的輸出并不會和預(yù)期的那樣一直維持在低電平，這是由于該芯片的靈敏度不足以分辨出這么短時間的電平變化，其內(nèi)部的上拉門限會很快把輸出信號變?yōu)楦唠娖?，沒有活動物體便一直維持在低電平。因此，本系統(tǒng)便采用該種方式發(fā)送超聲波，圖8 為穩(wěn)定后的輸出電平，圖9 為人員進(jìn)入探測區(qū)域走動造成的電平變化。

圖8 接收到的電壓波形圖

圖9 有活動物體進(jìn)入時得到的電壓波形圖

　　通過長時間實驗結(jié)果觀察得知，在沒有移動物體進(jìn)入探測區(qū)時，平均每小時大約有10 次低電平跳變，誤報率很低，所以采用短時間間隔取樣的方式，這樣出現(xiàn)誤報為小概率事件。設(shè)定取樣間隔為2s,采用外部中斷計算產(chǎn)生低脈沖數(shù)目，如果檢測到的下降沿次數(shù)超過10 次，則可以認(rèn)為有移動物體，系統(tǒng)會進(jìn)行報警，否則一直循環(huán)采樣比較。

　　5 總結(jié)

　　與傳統(tǒng)的超聲報警系統(tǒng)相比，本文設(shè)計的超聲測距報警系統(tǒng)不僅在精度和測量距離上有了很大的改善，而且硬件結(jié)構(gòu)簡單，工作穩(wěn)定，可移植性好，應(yīng)用在安防系統(tǒng)中具有很強的隱蔽性，能夠較為準(zhǔn)確的識別闖入者并報警，達(dá)到了預(yù)期結(jié)果。同時本系統(tǒng)也存在一些不足，譬如：沒有設(shè)置手機短信報警模塊，如何和其他安防設(shè)施配合使用等，在下一步的研究工作中會著重解決這些問題。

參考文獻(xiàn):

[1].PIC16F877A datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/PIC16F877A+_318860.html.
[2].CX20106A datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/CX20106A+_1135592.html.
[3].Microchip datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/Microchip+_1097736.html.
[4].DS18B20 datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/DS18B20+_819975.html.
[5].MAX232 datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/MAX232+_1074207.html.
[6].TTL datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/TTL+_1174409.html.
[7].1m datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/1m+_2178225.html.