引言

    目前市场上报警装置五花八门，功能各异，但普遍存在价格高贵，功能不全等现象，不利于推广使用。在参考大量现有技术资料，并加以创新改进后，我们在超声波安防报警装置方面做了新的突破。所研制的超声波安全防控自动报警装置采用转动探头，灵活性大，使防控空间扩展到360度大范围，且可以根据实际情况调整防控距离(3m/4m/5m)、旋转角度(0~360度)、倾斜角度(0~90度)，使之能够适应不同的环境。此外该装置体积小，隐蔽性好(两个探头的大小是1cm×1.5cm×1.5cm)，电路板则可隐入墙体或其他固定物体。由于采用抗干扰设置，只有主频与之相近的发射超声波才能得到响应，其他频率的超声波不会使之产生错误报警，这样也为多个报警器同时使用而互不影响提供了可能。总之，该装置电路简单，成本低，功能齐全，性价比高。

    系统设计

    根据超声波遇到障碍物反射的特性，在有外物闯入规定的报警范围内，超声波反射回来的周期将会发生变化，由单片机8051组成的接收电路识别后自动报警。利用声波传播公式：

    s=ct/2

    式中是空气中声速和温度的关系，取室温T=20℃，则c=343.3m/s，从而可以得出障碍物的距离S。本装置利用脉冲超声波信号，通过周期性测量得出最近障碍物距离，与已定制的报警距离比较后决定是否实行报警。超声波测距原理如图1所示。    

超声波测距原理

    发射部分

    超声波发射部分利用两个555定时器组成间歇式振荡器，其中电源电压VCC为12V(图2)，并且由低频振荡器控制高频振荡器，高低两种频率分别为20Hz和40KHz。超声波发射探头MA40EIS接到间歇式振荡器上，经过换能器将振荡电信号转变为声信号，即发射出40KHz的超声波，其有足够功率传播10m以上。    

发射电路

    我们所采用的脉冲式发射40KHz超声波，每一个脉冲约有10个波峰(如图1右)，即每个脉冲的持续时间约是0.25ms。根据试验可知脉冲峰数在8-10个比较合适。因为数量过少，发射头发射强度小，容易由外界原因造成波形缺失，而数量过多，则使整串波的长度不容忽视，而且在反射时整串波的前段可能被衰减，因此很难辨别回波是整串波的前段还是后段，这在距离稍远的时候表现明显，而在近距离时，信号尚未发射完毕，回波已经到达接收端，这也严重影响测距。在每个脉冲发出之后会暂停一段时间，使每个脉冲周期达到约50ms，这样就可以保证在暂停的时间里接收到对应的脉冲信号或者什么都没有接收到，不会出现刚发出后面的信号而收到前面的信号，因为超声波在空气中传播50ms后已经微乎其微，不可能接收到了。这样各个脉冲信号之间互不影响。每当单片机的端口输入高电平时，就会触发单片机计时器开始计时。

    接收部分

    超声波的接收部分是由超声波接收探头MA40EIR，放大电路、检波电路、滤波电路和选频电路组成(如图3所示)。当超声波探头接收到超声信号后，超声信号经过换能器从声信号转变为电信号，然后电信号经过放大，检波，滤波和选频作用，达到足够增益和较低噪声的理想状态。最后的输出端是三级管非门电路，并且连接到单片机上。当没有接收到信号时，即输入为低电平时，三极管截止，输出为VDD5V的高电平；当接收到信号时，即输入为高电平时，三极管工作在深度饱和状态，输出为低电平。这时由于电平的改变，触发单片机的计时器停止工作，得出超声波传播时间。    

接收电路