基于單片機的紅外測距系統(tǒng)設計-開題報告書

1、-. z.大學珞珈學院本科生畢業(yè)論文設計開題報告 論文題目：基于單片機的紅外測距系統(tǒng)設計系：電子信息科學系 *： ： 錢源一、論文選題的目的和意義紅外線是不可見光，是電磁波的一種形式，可以用來進展距離的測量，其應用歷史可以追溯到上世紀60年代。現(xiàn)代科學技術的開展進入了許多新領域，而在測距方面先后出現(xiàn)了激光測距、微波雷達測距、超聲波測距及紅外線測距。其中激光測距是靠激光束照射在物體上反射回來的激光束探測物體的距離。由于受惡劣的天氣、污染等因素影響，使反射的激光束在一定功率上探測距離比可能探測的最大距離減少一半左右，損失很大，影響探測的準確度；微波雷達測距技術為軍事和*些工業(yè)開發(fā)采用的裝備和振蕩器

2、等電路局部價格昂貴，現(xiàn)在幾乎還沒有開拓民用市場；超聲波測距在國外已有人做過研究，由于采用特殊專用組件使其價格高，難以推廣；紅外線作為一種特殊的光波，具有光波的根本物理傳輸特性反射、折射、散射等，且由于其技術難度相對不太大，構成的測距系統(tǒng)本錢低廉，性能優(yōu)良，便于民用推廣。另外紅外測距的應用越來越普遍。在很多領域都可以用到紅外測距儀。紅外測距一般具有準確度和分辨率高、抗干擾能力強、體積小、重量輕等優(yōu)點，因而應用領域廣、行業(yè)需求眾多，市場需求空間大。紅外測距的研究就非常有意義了。紅外線測距儀指的就是激光紅外線測距儀,紅外測距儀-用調(diào)制的紅外光進展精細測距的儀器，測程一般為1-5公里。在100米以則超

3、聲波測距更有優(yōu)勢,但是超聲波測距的距離一般無法測量1米以,而紅外測距則可以這一段距離的缺乏,而且有著不錯的精度,在本課題中研究的就是這一類情況的紅外線測距。國外關于該論題的研究現(xiàn)狀和開展趨勢國：根據(jù)國近年來紅外光電測距儀的開展情況，隨著國家對外開放政策的實施和測量工作的需要,近年來國一些光學儀器廠和電子儀器廠分別從瑞典、瑞士和日本等國引進幾種紅外測距儀組裝線,組裝測距儀,我國有關工廠和院校近年來也研制出一些產(chǎn)品。由于微處理機在國產(chǎn)測距儀上的應用,大大縮小了儀器的體積,同時也減少了出故障的幾率,使得國產(chǎn)測距儀的性能和質(zhì)量都較過去有很大的提高。在國家六五方案攻關中,第二電子儀器廠研制的DCHZ型多

4、功能紅外測距儀就是一個很好的例證。該產(chǎn)品經(jīng)國家測繪局測繪科學研究所光電測距儀檢測巾心進展全面質(zhì)量鑒定后認為:該儀器外型美觀、體積小、重量輕、操作方便、精度高和性能穩(wěn)定,并通過國家有關部門組織的鑒定。目前已開場小批量試生產(chǎn)。 在進展側(cè)距儀研制的同時,國家有關部門也組織力量對紅外光電測距儀的檢測方法進展研究。國外：國外紅外測距儀技術領先，產(chǎn)品齊全，性能比擬穩(wěn)定，市場需求量大，測量精度高，測量誤差小。紅外測距儀的開展趨勢2011年以來，隨著政府刺激需政策效應的逐漸顯現(xiàn)以及國際經(jīng)濟形勢的好轉(zhuǎn)，紅外測距儀下游行業(yè)進入新一輪景氣周期從而帶來紅外測距儀市場需求的膨脹，紅外測距儀行業(yè)的銷售上升明顯，供求關系得

5、到改善，行業(yè)盈利能力穩(wěn)步提升。同時，在國家十二五規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)構造調(diào)整的大方針下，紅外測距儀面臨巨大的市場投資機遇，行業(yè)有望迎來新的開展契機。當前紅外測距儀的開展趨勢是向測量更平安、測量精度高、系統(tǒng)能耗小、體積小型化方向開展而隨著微電子學的日益開展，紅外測距儀向著小型化，多功能，高精度，長測程的方向不斷改良，新的產(chǎn)品層出不窮。激光紅外線測距儀廣泛用于地形測量，戰(zhàn)場測量，坦克，飛機，艦艇和火炮對目標的測距，測量云層、飛機、導彈以及人造衛(wèi)星的高度等。它是提高高坦克、飛機、艦艇和火炮精度的重要技術裝備。由于激光紅外線測距儀價格不斷下調(diào)，工業(yè)上也逐漸開場使用激光紅外線測距儀，可以廣泛應用于工業(yè)測控、礦山、

6、港口等領域。三、論文的主攻方向、主要容、研究方法及技術路線 1.主攻方向：1紅外測距測量的精度2紅外測距測量的距離2.主要容：紅外傳感器的測距根本原理為紅外發(fā)射電路的紅外發(fā)光管發(fā)出紅外光，由紅外接收電路的光敏接收管接收發(fā)射光。根據(jù)發(fā)射光的強弱可以判斷所測的距離，由于接收管接收的光強是隨與發(fā)光管的距離變化而變化的，因而，距離近則接收光強，距離遠則接收光弱。具體控制方法如圖3.1所示，紅外模塊輸出發(fā)出并接收到紅外線信號；AD轉(zhuǎn)換模塊將接收到模擬信號裝換成數(shù)字信號再交給單片機, 啟動單片機中斷程序,此時單片機得到數(shù)字信號也就是電壓值,再由軟件進展判別、計算，得出距離數(shù)并送LED/LCD顯示。圖3.1

7、 反射能量法原理3.研究方法和技術路線：3.1紅外測距系統(tǒng)的根本構造該系統(tǒng)主要由紅外測距傳感器、A/D轉(zhuǎn)換電路，AT89C52芯片、鍵盤接口電路及LCD顯示電路等組成。其組成框圖如圖3.2所示：圖3.2 紅外測距系統(tǒng)的根本構造3.2紅外收發(fā)模塊紅外發(fā)送管是用于發(fā)送信號,經(jīng)過障礙物將信號反射,紅外接收管接收到反射回來的信號,然后根據(jù)信號強弱將對應的電壓值顯示在顯示模塊上,并將此時的距離記錄。然后整改程序，用紅外收發(fā)模塊進展測距，就可在顯示模塊上顯示出紅外接收管接收的信號強度對應的距離值。圖3.3 protues中紅外傳感器如圖3.2所示GP2Y0A02YK0F有3個端口，其中VCC接信號輸入，V

8、O接MCP3001的IN+，GND接地線。GP2Y0A02YK0F測量圍在20cm-150cm之間，測量誤差小于0.5cm。是一個距離測量傳感器單元，PSD的集成組合構成 位置敏感探測器，IRED紅外發(fā)光二極管和信號原理電路。由于采用三角測量方法，各種物體的反射率，對環(huán)境溫度和工作時間距離檢測不容易產(chǎn)生影響。這個裝置輸出對應于該電壓檢測距離。所以這種傳感器還可以用來作為接近傳感器。 3.3 A/D轉(zhuǎn)換模塊A/D 轉(zhuǎn)換器按照轉(zhuǎn)換原理可分為直接A/D 轉(zhuǎn)換器和間接A/D 轉(zhuǎn)換器。所謂直接A/D 轉(zhuǎn)換器，是把模擬信號直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，如逐次逼近型，并聯(lián)比擬型等。其中逐次逼近型A/D 轉(zhuǎn)換器，易于用

9、集成工藝實現(xiàn)，且能到達較高的分辨率和速度，故目前集成化A/D 芯片采用逐次逼近型者多；間接A/D 轉(zhuǎn)換器是先把模擬量轉(zhuǎn)換成中間量，然后再轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，如電壓/時間轉(zhuǎn)換型積分型，電壓/頻率轉(zhuǎn)換型，電壓/脈寬轉(zhuǎn)換型等。 其中積分型A/D 轉(zhuǎn)換器電路簡單，抗干擾能力強，切能作到高分辨率，但轉(zhuǎn)換速度較慢。 有些轉(zhuǎn)換器還將多路開關、基準電壓源、時鐘電路、譯碼器和轉(zhuǎn)換電路集成在一個芯片，已超出了單純A/D 轉(zhuǎn)換功能，使用十分方便。圖3.4 protues中MCP3001接線圖如圖3.4所示，mcp3001的VREF接vcc，IN+接GP2Y0A02YK0F紅外測距傳感器的Vo，CLK接單片機上的P2.2，

10、DO接單片機上的P2.1，CS接單片機上的P2.0。MCP3001具有片上采樣和保持電路的10位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器ADC,逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理是將待換的模擬輸入信號與一個推測信號進展比擬，根據(jù)二者大小決定增大還是減小輸入信號，以便向模擬輸入信號逼近。推測信號由D/A轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)字信號就對應的時模擬輸入量的數(shù)字量。這種A/D轉(zhuǎn)換器一般速度很快，但精度不高。A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標中以分辨率和轉(zhuǎn)換速率最為重要，分辨率越高，就能把滿量程里的電平分出更多份數(shù)，得到的轉(zhuǎn)換結果就越準確，得到的數(shù)字信號再用DAC轉(zhuǎn)換回去就越接近原輸入的模擬值10位ADC能分辨2的10次方。MCP3001

11、分辨率：10位ADC能分辨出滿刻度的1/1024.MCP3001轉(zhuǎn)換速率：速度很快。由上可知，MCP3001的性能相比其他ADC要好很多。3.4LCD顯示模塊LCD與單片機的接口電路如圖3.5所示，單片機P0分別接D1-D7，同時接上排阻，而在排阻另一端接上vcc。單片機上的P2.5接E，P2.6接RW，P2.7接RS，單片機通過P0口向LCD輸送數(shù)據(jù)，顯示測得的距離。值得注意的是，P0口要接上拉電阻來保證對LCD的成功驅(qū)動。圖3.5 protues中LCD顯示模塊3.5 AT89C52單片機概述單片機是在集成電路芯片上集成了各種組件的微型計算機，這些組件包括中央處理器CPU、數(shù)據(jù)存儲器RAM

12、、程序存ROM、定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、時鐘部件的集成和I/O接口電路。由于單片機具有體積小、價格低、可靠性高、開發(fā)應用方便等特點，因此在現(xiàn)代電子技術和工業(yè)領域應用較為廣泛，在智能儀表中單片機是應用最多、最活潑的領域之一。在控制領域中,現(xiàn)如今人們更注意計算機的底本錢、小體積、運行的可靠性和控制的靈活性。在各類儀器、儀表中引入單片機，使儀器儀表智能化，提高測試的自動化程度和精度，提高計算機的運算速度，簡化儀器儀表的硬件構造，提高其性能價格比。圖3.6AT89C52單片機最小系統(tǒng)當在AT89C21單片機的RST引腳引入高電平并保持2個機器周期時，單片機部就執(zhí)行復位操作假設該引腳持續(xù)保持高電平，單片

13、機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式。最簡單的上電自動復位電路中上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的。只要VCC的上升時間不超過1ms,就可以實現(xiàn)自動上電復位。時鐘頻率用6MHZ時C取22uF,R取1K。除了上電復位外，有時還需要按鍵手動復位。本設計就是用的按鍵手動復位。按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復位是通過RST端經(jīng)過電阻與電源VCC接通而實現(xiàn)的。最小系統(tǒng)如圖3.6所示。四、論文工作進度安排12 月 1 日2 月 23 日，審題，查閱相關資料完成開題報告22 月 23 日3 月 8 日 ，依據(jù)相關的資料進展畢業(yè)設計33 月 8 日

14、4 月 10 日 ，寫畢業(yè)設計報告54 月 10 日5 月 2 日 ，撰寫論文65 月 3 日5 月 17 日 ，論文修改、辯論準備75 月 ，辯論五、論文主要參考文獻1明峰，PIC單片機入門與實戰(zhàn)，航空航天大學2 竇振中，PIC單片機應用設計與實例，航空航天大學3自美，電子線路綜合設計，華中科技大學，2006-64 康華光，電子技術根底：模擬局部第五版,高等教育，20065 永雄，沙河電子線路CAD實用教程M：電子科技大學：20076 51單片機C程序設計100例7 康華光主編電子技術 根底M第四版：高等教育，19998單片機原理與應用實驗大學珞珈學院9一種紅外線測距技術的探討10紅外測距傳感器的原理與設計最終版11 坤，51單片機典型應用開發(fā)例