论文部分内容阅读
众所周知，高压电柜的电压是很高的，稍不小心就会威胁到人身的安全。尽管在高压电柜附近都有相应的禁止接近的标准，但常常却被人们忽视了，很多时候就会引起安全事故的发生。针对这种情况，可以通过在高压电柜中设计安全报警装置，如果人们进入到危险区域，该装置就能自动实现报警。在目前，较为常用的报警方法是通过微波、激光以及红外线等测距实现报警，但是采用这些方法所需要的仪器的系统极为复杂，而且成本也较高，所以想要得到发展和推广是很难的。文中所设计的超声波测距报警器具有以上报警器所不具有的优点。
1自动安全报警装置的工作原理
它的工作原理是通过超声波发射器向高压电柜的四个不同的方向发射超声波，发射和计数同时开始，超声波在空气中传播的过程中如果遇到接近高压电柜的人或是是动物就会立即返回，这时超声波超声波的接收器在受到反射之后就及时停止计数。超声波咋空气中的传播速度时已知的，结合计数器所记录的时间，这样发射点到障碍物之间的距离就可以计算出来了，如果计算所得的结果比规定的最小的安全距离的极限值还小时，报警装置就会自动发出报警信号，以便给障碍物以提醒，使其不再接近。
2自动安全报警装置的硬件电路
该系统是通过单片机来对超声波的发射和接受进行控制，并且计算出超声波从发射到接受过程中所需要的时间。单片机选用的是经济易用且便于编程的8951型，片内有16K的ROM。为了能够更加全面的对高压电柜四个方向周围的情况进行测量，在装置中设置了八个围成一圈的传感器。
该系统中采用的超声波传感器是UCM40型压电陶瓷传感器，通过单片机执行程序产生工作电压为四十千赫兹的脉冲信号。
将电路的8路输入端和单片集中的七个端口接在一起，在单片机执行方波产生程序之后，在端口将输出四十千赫兹的脉冲信号，经过三极管放大之后，驱动超声波的发射头将发出四十千赫兹的脉冲超声波。
接收头采用的是和发射头像配对的UCM40R，接收头在接受到超声波之后将调制脉冲转化为交变电压信号，经过运算放大器放大之后加到带有锁定环的音频译码集成块，如果输入信号比25mV大时，输出8角将从高电平迅速变为低电平，成为中断请求的信号，送往单片机由单片机进行处理。其中，一路电路的输出端和单片机INT0中断口接在一起，而且具有最高的中断优先级，另外的7路的输出通过和门IC7A的输出和单片机INT1接在一起，由程序查询来处理中断源的识别。
同时启动发射电路和单片机内部的定时器T0，通过定时器来对超声波发射的时间和接收到反射波的时间进行记录。在收到超声波的发射波之后，接收电路的输出端将会产生一个负跳变，这时在IN0或者是IN1端口将产生一个中断请求信号，单片机将会相应外部的中断请求，随后执行外部中断服务子程序，同时将读取对应的时间差并将距离计算出来，如果距离比规定的最小的安全距离还小或者是和最小安全距离相等时，报警器就会自动进行报警。
3超声波传感器
此装置采用的是压电式的超声波传感器，该传感器是通过压电晶体的谐振来完成工作的。图1为超声波发生器内部的结构图，它的内部结构是由一个共振版和两个压电晶体共同组成的。如果它的两极和脉冲信号共同产生的频率和压电晶片自身的振荡频率相等时，压电晶体就会产生共振现象，同时带动共振板发生振动，这时将会有超声波产生。相反，如果在两电极之间没有外加电压，共振板在接收到超声波之后，将会压迫压电晶片产生振动，并将机械能转变为电信号，此时它就是超声波接收器。
4系统软件
该自动报警装置的系统软件主要是由主程序和中断服务程序两部分共同组成的。其中主程序主要是完成初始化工作以及控制各路超声波发射和接收顺序；定时中断服务子程序主要是完成三方向超声波的轮流发射；外部中断服务子程序蛀牙是读取时间值、计算距离并且对报警进行判断。
5对几种发射信号的比较
此装置的发射信号处理可以用超声波信号之外，还可以用微波、激光以及红外线等信号作为发射信号，下面将分析这几种信号的可行性。
5.1激光信号
激光测距的测量和定向的精度很高，可以进行远距离测量，而且对电磁的干扰也不敏感，但是激光对人眼有一定的上海，为了保护人眼，国家对机关测距的波长和功率都有一定的限制，而且激光价格高，如果在恶劣的环境下激光测距的适应能力较差，通常它是用于高端的军事武器上的。
5.2微波信号
它通常是用于测量速度的，抗雾能力强而且有较强的环境使用性，而且成本不高，因此相当常用，但它的系统较为复杂，抗电磁干扰能力较差，所以在设计时要进行综合考虑。
5.3红外线信号
它的测距精度较高，但是测量的距离较小，通常用在照相技术中。
6结束语
超声波信号由于受到高压电场的影响很小，而且测量的距离也很精确，能实现即时报警。同时采用单片机设计的测距系统有工作可靠、硬件结构简单以及测量误差小的优点。因此采用超声波作为安全报警装置的发射信号，有着广阔的发展和应用前景。
图1超声波传感器的内部结构
1自动安全报警装置的工作原理
它的工作原理是通过超声波发射器向高压电柜的四个不同的方向发射超声波，发射和计数同时开始，超声波在空气中传播的过程中如果遇到接近高压电柜的人或是是动物就会立即返回，这时超声波超声波的接收器在受到反射之后就及时停止计数。超声波咋空气中的传播速度时已知的，结合计数器所记录的时间，这样发射点到障碍物之间的距离就可以计算出来了，如果计算所得的结果比规定的最小的安全距离的极限值还小时，报警装置就会自动发出报警信号，以便给障碍物以提醒，使其不再接近。
2自动安全报警装置的硬件电路
该系统是通过单片机来对超声波的发射和接受进行控制，并且计算出超声波从发射到接受过程中所需要的时间。单片机选用的是经济易用且便于编程的8951型，片内有16K的ROM。为了能够更加全面的对高压电柜四个方向周围的情况进行测量，在装置中设置了八个围成一圈的传感器。
该系统中采用的超声波传感器是UCM40型压电陶瓷传感器，通过单片机执行程序产生工作电压为四十千赫兹的脉冲信号。
将电路的8路输入端和单片集中的七个端口接在一起，在单片机执行方波产生程序之后，在端口将输出四十千赫兹的脉冲信号，经过三极管放大之后，驱动超声波的发射头将发出四十千赫兹的脉冲超声波。
接收头采用的是和发射头像配对的UCM40R，接收头在接受到超声波之后将调制脉冲转化为交变电压信号，经过运算放大器放大之后加到带有锁定环的音频译码集成块，如果输入信号比25mV大时，输出8角将从高电平迅速变为低电平，成为中断请求的信号，送往单片机由单片机进行处理。其中，一路电路的输出端和单片机INT0中断口接在一起，而且具有最高的中断优先级，另外的7路的输出通过和门IC7A的输出和单片机INT1接在一起，由程序查询来处理中断源的识别。
同时启动发射电路和单片机内部的定时器T0，通过定时器来对超声波发射的时间和接收到反射波的时间进行记录。在收到超声波的发射波之后，接收电路的输出端将会产生一个负跳变，这时在IN0或者是IN1端口将产生一个中断请求信号，单片机将会相应外部的中断请求，随后执行外部中断服务子程序，同时将读取对应的时间差并将距离计算出来，如果距离比规定的最小的安全距离还小或者是和最小安全距离相等时，报警器就会自动进行报警。
3超声波传感器
此装置采用的是压电式的超声波传感器，该传感器是通过压电晶体的谐振来完成工作的。图1为超声波发生器内部的结构图，它的内部结构是由一个共振版和两个压电晶体共同组成的。如果它的两极和脉冲信号共同产生的频率和压电晶片自身的振荡频率相等时，压电晶体就会产生共振现象，同时带动共振板发生振动，这时将会有超声波产生。相反，如果在两电极之间没有外加电压，共振板在接收到超声波之后，将会压迫压电晶片产生振动，并将机械能转变为电信号，此时它就是超声波接收器。
4系统软件
该自动报警装置的系统软件主要是由主程序和中断服务程序两部分共同组成的。其中主程序主要是完成初始化工作以及控制各路超声波发射和接收顺序；定时中断服务子程序主要是完成三方向超声波的轮流发射；外部中断服务子程序蛀牙是读取时间值、计算距离并且对报警进行判断。
5对几种发射信号的比较
此装置的发射信号处理可以用超声波信号之外，还可以用微波、激光以及红外线等信号作为发射信号，下面将分析这几种信号的可行性。
5.1激光信号
激光测距的测量和定向的精度很高，可以进行远距离测量，而且对电磁的干扰也不敏感，但是激光对人眼有一定的上海，为了保护人眼，国家对机关测距的波长和功率都有一定的限制，而且激光价格高，如果在恶劣的环境下激光测距的适应能力较差，通常它是用于高端的军事武器上的。
5.2微波信号
它通常是用于测量速度的，抗雾能力强而且有较强的环境使用性，而且成本不高，因此相当常用，但它的系统较为复杂，抗电磁干扰能力较差，所以在设计时要进行综合考虑。
5.3红外线信号
它的测距精度较高，但是测量的距离较小，通常用在照相技术中。
6结束语
超声波信号由于受到高压电场的影响很小，而且测量的距离也很精确，能实现即时报警。同时采用单片机设计的测距系统有工作可靠、硬件结构简单以及测量误差小的优点。因此采用超声波作为安全报警装置的发射信号，有着广阔的发展和应用前景。
图1超声波传感器的内部结构