軟件設(shè)計(jì)主要包括：主程序，測(cè)溫修正聲速子程序，中斷子程序，濾波子程序，報(bào)警子程序和顯示子程序等。

　　系統(tǒng)開(kāi)始工作后，首先完成系統(tǒng)初始化；緊接著是對(duì)聲速進(jìn)行修正，得到當(dāng)前溫度下的聲速；然后對(duì)定時(shí)器T1 進(jìn)行設(shè)置，并由PIC 單片機(jī)產(chǎn)生40KHz 的方波；接下來(lái)便是通過(guò)讀取T1 定時(shí)器的數(shù)值來(lái)計(jì)算測(cè)距時(shí)間和測(cè)量距離；得到正確的測(cè)量距離便采用數(shù)組的方式進(jìn)行記錄，數(shù)組元素個(gè)數(shù)為11,采用冒泡法進(jìn)行排序，取中間值作為最終的測(cè)量距離，以提高測(cè)距的精準(zhǔn)度；下一步便是判定是否符合報(bào)警條件，如果符合條件便報(bào)警，然后通過(guò)數(shù)碼管顯示距離，不符合報(bào)警條件則直接顯示距離。在程序運(yùn)行過(guò)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(jì)算時(shí)間和距離；如果是T1 溢出中斷，則對(duì)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(jì)時(shí)，要特別注意避免在DS18B20 總線讀寫(xiě)或復(fù)位的過(guò)程中產(chǎn)生中斷，防止溫度讀取錯(cuò)誤。

　　系統(tǒng)每計(jì)算完一次時(shí)間和距離時(shí)都要對(duì)定時(shí)器T1 清零，否則下一次測(cè)量會(huì)造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

　　4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

　　本文首先對(duì)測(cè)量距離和測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證和分析。發(fā)射換能器剛發(fā)射的超聲波可能會(huì)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(shí)，由此產(chǎn)生的盲區(qū)大約為10cm.測(cè)量結(jié)果和相對(duì)誤差如表2 所示。

表2 探測(cè)結(jié)果及誤差分析

　　由表2 我們可以看出：近距離測(cè)量比較準(zhǔn)確，但遠(yuǎn)距離測(cè)量時(shí)較容易出現(xiàn)測(cè)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(jī)械信號(hào)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(guò)多次測(cè)量不斷修改測(cè)量距離公式來(lái)進(jìn)行修正的。本文測(cè)距產(chǎn)生誤差的原因主要是超聲波在傳播的過(guò)程中的衰減和丟失。

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

　　本文首先按照第一種報(bào)警思路對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。我們把測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)安置在正對(duì)著辦公室門(mén)口的桌子上，系統(tǒng)穩(wěn)定后測(cè)的距離為188,我們?cè)O(shè)定的閾值為200,當(dāng)有人進(jìn)入便造成探測(cè)距離小于預(yù)設(shè)值，如果在預(yù)定的20s 內(nèi)沒(méi)有取消報(bào)警設(shè)置時(shí)，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)報(bào)警。試驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)反應(yīng)靈敏、精準(zhǔn)度高，誤報(bào)率低于1%,符合設(shè)計(jì)要求。下一步工作我們可以把產(chǎn)生的報(bào)警信號(hào)通過(guò)短信的方式發(fā)送到手機(jī)客戶(hù)端或者防務(wù)人員信息端。

　　針對(duì)第二種報(bào)警方式，我們把CX20106A 輸出電平信號(hào)變化類(lèi)比為多普勒波形進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)試驗(yàn)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(huì)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(shí)間的電平變化，其內(nèi)部的上拉門(mén)限會(huì)很快把輸出信號(hào)變?yōu)楦唠娖?，沒(méi)有活動(dòng)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(cè)區(qū)域走動(dòng)造成的電平變化。

圖8 接收到的電壓波形圖

圖9 有活動(dòng)物體進(jìn)入時(shí)得到的電壓波形圖

　　通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間實(shí)驗(yàn)結(jié)果觀察得知，在沒(méi)有移動(dòng)物體進(jìn)入探測(cè)區(qū)時(shí)，平均每小時(shí)大約有10 次低電平跳變，誤報(bào)率很低，所以采用短時(shí)間間隔取樣的方式，這樣出現(xiàn)誤報(bào)為小概率事件。設(shè)定取樣間隔為2s,采用外部中斷計(jì)算產(chǎn)生低脈沖數(shù)目，如果檢測(cè)到的下降沿次數(shù)超過(guò)10 次，則可以認(rèn)為有移動(dòng)物體，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行報(bào)警，否則一直循環(huán)采樣比較。

　　5 總結(jié)

　　與傳統(tǒng)的超聲報(bào)警系統(tǒng)相比，本文設(shè)計(jì)的超聲測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)不僅在精度和測(cè)量距離上有了很大的改善，而且硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(qiáng)的隱蔽性，能夠較為準(zhǔn)確的識(shí)別闖入者并報(bào)警，達(dá)到了預(yù)期結(jié)果。同時(shí)本系統(tǒng)也存在一些不足，譬如：沒(méi)有設(shè)置手機(jī)短信報(bào)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(huì)著重解決這些問(wèn)題。

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