眾所周知，高壓電柜的電壓是很高的，稍不小心就會威脅到人身的安全。盡管在高壓電柜附近都有相應的禁止接近的標準，但常常卻被人們忽視了，很多時候就會引起安全事故的發(fā)生。針對這種情況，可以通過在高壓電柜中設計安全報警裝置，如果人們進入到危險區(qū)域，該裝置就能自動實現(xiàn)報警。在目前，較為常用的報警方法是通過微波、激光以及紅外線等測距實現(xiàn)報警，但是采用這些方法所需要的儀器的系統(tǒng)極為復雜，而且成本也較高，所以想要得到發(fā)展和推廣是很難的。文中所設計的超聲波測距報警器具有以上報警器所不具有的優(yōu)點。

1自動安全報警裝置的工作原理

它的工作原理是通過超聲波發(fā)射器向高壓電柜的四個不同的方向發(fā)射超聲波，發(fā)射和計數(shù)同時開始，超聲波在空氣中傳播的過程中如果遇到接近高壓電柜的人或是是動物就會立即返回，這時超聲波超聲波的接收器在受到反射之后就及時停止計數(shù)。超聲波咋空氣中的傳播速度時已知的，結(jié)合計數(shù)器所記錄的時間，這樣發(fā)射點到障礙物之間的距離就可以計算出來了，如果計算所得的結(jié)果比規(guī)定的最小的安全距離的極限值還小時，報警裝置就會自動發(fā)出報警信號，以便給障礙物以提醒，使其不再接近。

2自動安全報警裝置的硬件電路

該系統(tǒng)是通過單片機來對超聲波的發(fā)射和接受進行控制，并且計算出超聲波從發(fā)射到接受過程中所需要的時間。單片機選用的是經(jīng)濟易用且便于編程的8951型，片內(nèi)有16K的ROM。為了能夠更加全面的對高壓電柜四個方向周圍的情況進行測量，在裝置中設置了八個圍成一圈的傳感器。

該系統(tǒng)中采用的超聲波傳感器是UCM40型壓電陶瓷傳感器，通過單片機執(zhí)行程序產(chǎn)生工作電壓為四十千赫茲的脈沖信號。

將電路的8路輸入端和單片集中的七個端口接在一起，在單片機執(zhí)行方波產(chǎn)生程序之后，在端口將輸出四十千赫茲的脈沖信號，經(jīng)過三極管放大之后，驅(qū)動超聲波的發(fā)射頭將發(fā)出四十千赫茲的脈沖超聲波。

接收頭采用的是和發(fā)射頭像配對的UCM40R，接收頭在接受到超聲波之后將調(diào)制脈沖轉(zhuǎn)化為交變電壓信號，經(jīng)過運算放大器放大之后加到帶有鎖定環(huán)的音頻譯碼集成塊，如果輸入信號比25mV大時，輸出8角將從高電平迅速變?yōu)榈碗娖?，成為中斷請求的信號，送往單片機由單片機進行處理。其中，一路電路的輸出端和單片機INT0中斷口接在一起，而且具有最高的中斷優(yōu)先級，另外的7路的輸出通過和門IC7A的輸出和單片機INT1接在一起，由程序查詢來處理中斷源的識別。

同時啟動發(fā)射電路和單片機內(nèi)部的定時器T0，通過定時器來對超聲波發(fā)射的時間和接收到反射波的時間進行記錄。在收到超聲波的發(fā)射波之后，接收電路的輸出端將會產(chǎn)生一個負跳變，這時在IN0或者是IN1端口將產(chǎn)生一個中斷請求信號，單片機將會相應外部的中斷請求，隨后執(zhí)行外部中斷服務子程序，同時將讀取對應的時間差并將距離計算出來，如果距離比規(guī)定的最小的安全距離還小或者是和最小安全距離相等時，報警器就會自動進行報警。

3超聲波傳感器

此裝置采用的是壓電式的超聲波傳感器，該傳感器是通過壓電晶體的諧振來完成工作的。圖1為超聲波發(fā)生器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)圖，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由一個共振版和兩個壓電晶體共同組成的。如果它的兩極和脈沖信號共同產(chǎn)生的頻率和壓電晶片自身的振蕩頻率相等時，壓電晶體就會產(chǎn)生共振現(xiàn)象，同時帶動共振板發(fā)生振動，這時將會有超聲波產(chǎn)生。相反，如果在兩電極之間沒有外加電壓，共振板在接收到超聲波之后，將會壓迫壓電晶片產(chǎn)生振動，并將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，此時它就是超聲波接收器。

4系統(tǒng)軟件

該自動報警裝置的系統(tǒng)軟件主要是由主程序和中斷服務程序兩部分共同組成的。其中主程序主要是完成初始化工作以及控制各路超聲波發(fā)射和接收順序；定時中斷服務子程序主要是完成三方向超聲波的輪流發(fā)射；外部中斷服務子程序蛀牙是讀取時間值、計算距離并且對報警進行判斷。

5對幾種發(fā)射信號的比較

此裝置的發(fā)射信號處理可以用超聲波信號之外，還可以用微波、激光以及紅外線等信號作為發(fā)射信號，下面將分析這幾種信號的可行性。

5.1激光信號

激光測距的測量和定向的精度很高，可以進行遠距離測量，而且對電磁的干擾也不敏感，但是激光對人眼有一定的上海，為了保護人眼，國家對機關(guān)測距的波長和功率都有一定的限制，而且激光價格高，如果在惡劣的環(huán)境下激光測距的適應能力較差，通常它是用于高端的軍事武器上的。

5.2微波信號

它通常是用于測量速度的，抗霧能力強而且有較強的環(huán)境使用性，而且成本不高，因此相當常用，但它的系統(tǒng)較為復雜，抗電磁干擾能力較差，所以在設計時要進行綜合考慮。

5.3紅外線信號

它的測距精度較高，但是測量的距離較小，通常用在照相技術(shù)中。

6結(jié)束語

超聲波信號由于受到高壓電場的影響很小，而且測量的距離也很精確，能實現(xiàn)即時報警。同時采用單片機設計的測距系統(tǒng)有工作可靠、硬件結(jié)構(gòu)簡單以及測量誤差小的優(yōu)點。因此采用超聲波作為安全報警裝置的發(fā)射信號，有著廣闊的發(fā)展和應用前景。

圖1超聲波傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)