基于单片机的红外测距系统设计
基于单片机的红外测距系统设计
保密类别 编号 20100802041
武汉大学珞珈学院
毕 业 论 文
基于单片机的红外测距系统设计
系 别 电子信息科学系
专 业 通信工程
年 级 10级02班
学 号 20100802041
姓 名 钱源
指导教师 崔黎
武汉大学珞珈学院
2014 年5 月22 日
摘 要
现代科学技术的发展，进入了很多新领域，而在测距方面先后出现了激光测距、微波雷达测距、超声波测距及红外光测距。为了实现物体近距离、高精度的无线测量而采用了红外发射接收模块作为距离传感器，单片机作为处理器，编写A/D转换和显示程序，完成了一套便推式的红外距离测量系统，系统可以高精度的实时显示所测的距离，本系统结构简单可靠、体积小、测量精度高、方便使用。
红外测距的探测距离较短，一般在几十厘米之内，本文介绍的一种基于AT89C52单片机设计的红外测距仪，可以测量距离。
首先，在绪论中，介绍了红外线及红外传感器的分类和应用、AT89C52单片机的应用与说明以及MCP3001芯片的简介。其次，阐述了与红外测距的工作原理基本结构，对红外测距传感器也做了详细说明。再次，介绍了红外测距的硬件设计和软件设计。
在硬件设计中，介绍了红外测距实现的构想，给出红外测距硬件电路原理图，并说明了红外测距传感器、键盘、A/D转换电路、LCD显示电路工作原理及AT89C52单片机的管脚分配。在软件设计中，说明了整个程序流程及各程序设计的函数。最后，是对整个设计的结论，说明了红外测距实现的可行性。
关键词： 红外测距 A/D转换 实时显示 红外线 单片机
武汉大学珞珈学院本科毕业论文
0 第1章 绪论
红外线（Infrared）是波长介乎微波与可见光之间的电磁波，其波长在760纳米（nm）至1毫米（mm）之间，是波长比红光长的非可见光。所有高于绝对零度（-273.15℃）的物质都可以产生红外线。现代物理学称之为热射线。医用红外线可分为两类：近红外线与远红外线。含热能，太阳的热量主要通过红外线传到地球。它的波长介于可见光和微波之间，范围大致在0.75M~1000M的频谱范围之内。相对应的频率在41410~31110HZ之间，红外线可分为三部分，即近红外线，近红外线波长范围为0.77M~3M，中红外线波长范围为3M~30M，远红外线波长范围为30M~1000M。
红外光具有反射、折射、散射、干涉、吸收等特性。它能全部吸收投射到它表面的红外辐射的物体称为黑体；能全部反射的物体称为镜体；能部分反射、部分吸收的物体称为灰体。严格地来讲，在自然界中，不存在黑体镜体和透明体。
1.1 课题研究的背景和意义
红外线是不可见的光，是电磁波的一种形式，可以用来进行距离的测量，其应用历史可以追溯到上世纪60年代。现代科学技术的发展进入了许多新领域，而在测距方面先后出现了激光测距、微波雷达测距、超声波测距及红外线测距。其中激光测距是靠激光束照射在物体上反射回来的激光束探测物体的距离。由于受恶劣的天气、污染等因素影响，使反射的激光束在一定功率上探测距离比可能探测的最大距离减少一半左右，损失很大，影响探测的精确度；微波雷达测距技术为军事和某些工业开发采用的装备和振荡器等电路部分价格昂贵，现在还没有开拓民用市场；超声波测距在国内外已有很多人做过研究，由于采用特殊专用组件使其价格高，难以推广；红外线作为一种特殊光波，具有光波的基本物理传输特性—反射、折射、散射等，且由于其技术难度相对不太大，构成的测距系统的成本低廉，性能优良，便于民用推广。另外红外测距的应用越来越普遍。在很多领域都可以用到红外测距仪。红外测距一般具有精确度和分辨率高、抗干扰能力强、体积小、重量轻等优点，因而应用领域广、行业需求众多，市场需求空间大。
红外测距的研究就非常有意义。红外线测距仪指的就是激光红外线测距仪,红外测距仪----用调制的红外光进行精密测距的仪器，测程一般为1-5公里。在100米以内则超声波测距更有优势,但是超声波测距的距离一般无法测量1米以内,而红外测距则可以测出这一段距离,而且有着不错的精度,在本课题中研究的就是这一类情况的红外线测距。 武汉大学珞珈学院本科毕业论文
1
1.2 本课题研究的热点及发展现状
常见的红外传感器可分为热传感器和光子传感器。根据《国内近年来红外光电测距仪的发展情况》，由于国家对外开放政策的实施和测量工作的需要,近年来国内一些光学仪器厂和电子仪器厂分别从瑞典、瑞士和日本等国引进几种红外测距仪组装线,组装测距仪,我国有关工厂和院校近年来也研制出一些产品。由于微处理机在国产测距仪上的应用,大大缩小仪器的体积,同时也减少出故障的几率,使得国产测距仪的性能和质量都较过去有很大的提高。在国家“六·五”计划攻关中,常州第二电子仪器厂研制的DCHZ型多功能红外测距仪就是一个很好的例证。该产品经国家测绘局测绘科学研究所光电测距仪检测巾心进行全面质量鉴定后认为:该仪器的外型美观、体积小、重量轻、操作方便、精度高和性能稳定,并通过国家有关部门组织的鉴定。目前已经开始小批量试生产。 在进行侧距仪研制同时,国家有关部门也组织大量力量对红外光电测距仪的检测方法进行研究。
一、热传感器
热传感器是利用入射红外辐射引起的传感器的温度变化，进而使有关物理参数发生相应的变化，通过测量有关物理参数的变化来确定红外传感器所吸收的红外辐射。
热探测器的主要优点是相应波段宽，可以在室温条件下工作，使用简单。但是，热传感器相应时间较长，灵敏度较低，一般用于低频调制的场合。
热传感器主要类型有：热敏传感器型，热电偶型，高莱气动型和热释放电型四种类型。
二、光子传感器
光子传感器是利用某些半导体材料在入射光照射下，产生光子效应，使材料电学性质发生变化。通过测量电学性质的变化，可以知道红外辐射的强弱。利用光子效应所制成的红外传感器，统称光子传感器。光子传感器的主要特点是灵敏度高，响应速度快，具有较高的响应频率。但由于其一般要在低温下工作，导致探测波段较窄。
按照光子传感器的工作原理，一般分为内光电和外光电传感器两种，后者又可分为光电导传感器、光生伏特传感器和光磁电传感器等三种。
1.3 本课题研究的目的
我们所进行的课题便是做一个简易的，精确的，近距离的距离检测仪，这也是武汉大学珞珈学院本科毕业论文
2 对我们所学知识的一种考验方法，从中我们可以更系统的认识单片机，了解AD转换和红外收发模块。
1.4 本课题研究的内容
红外传感器的测距基本原理为：红外发射电路的红外发光管发出红外光，红外接收电路的光敏接收管接收发射光，根据发射光的强弱判断出所测的距离。由于接收管接收的光强度是随着发光管与测量物的距离变化而变化的，因而，与测量物的距离近则接收光强，距离远则接收光弱。
具体方法如图1所示，红外模块发出并接收到红外线信号；AD转换模块将接收到的模拟信号转换成数字信号再交给单片机, 启动单片机中断程序,此时单片机得到数字信号也就是电压值,再由软件进行判别、计算，得出距离数并送给LED/LCD显示。
图1.1 反射能量法原理 单红外AD模电压距离公式
显示武汉大学珞珈学院本科毕业论文
3 第2章 红外测距的工作原理与基本结构
2.1.方案及设计思想：
方案一、时间差测距法：此方案是将红外发射管发送信号与接收管接收信号时间差写入单片机中，在单片机中用光传播距离公式算法将距离计算出来。原理图如图2.1所示。
图2.1 时间差测距法原理
方案二、反射能量法：此方案是用红外发射管发射信号，然后用红外接收管接收信号，将接收的信号强度经过AD转换，录入单片机中显示出来，并将对应的距离记录下来。完成一段范围内的测量，将所记录下的数据写入单片机中，然后便可进行测量距离了。原理图如图2.2所示。
红外时间距离显示距离 武汉大学珞珈学院本科毕业论文
4
图2.2 反射能量法原理
光的衰减是呈线性关系的，公式是I’=Ie^(-μd)，其中I是光强度，μ是光在介质中线性衰减系数，d是光走过的路程，e是自然对数底数。ε是光子能量，Iε就是光束的能量。 要求得耗损的能量ΔE，则可通过计算：
ΔE=ΔIε=(I-I’)ε=I[1-e^(-μd)]ε=E[1-e^(-μd)]
其中E是激光能量。不过，10cm的衰减是很弱的，可以忽略。
方案比较：通过以上两种方案分析，我们可以看到方案一的误差很大，由于红外装置测的距离比较近，而光速很快，因此回馈到单片机中的时间很短，单片机很难测出准确的时间并准确处理，而在一般情况下的光速不太准确，因此误差较大，而且根据距离=光速*时间，要想测10米时间至少要精确到0.0000001s，显然用单片机是很难做到的。方案二是先将实验数据录入单片机中，因此在测量时存在的误差就会相对较小，综合考虑，选择方案二可行。
2.2 红外测距系统的基本结构
该系统主要由红外测距传感器、A/D转换电路，AT89C52芯片、键盘接口电路及LCD显示电路等组成。其组成框图如图2.3所示： 显示
AT89S52 红外 实验武汉大学珞珈学院本科毕业论文
5 图2.3 红外测距系统的基本结构 武汉大学珞珈学院本科毕业论文
6 第3章 红外测距的硬件设计
3.1红外收发模块
红外发送管是用于发送信号,经过障碍物将信号反射,红外接收管接收到反射回来的信号,然后根据信号强弱将对应的电压值显示在显示模块上,并将此时的距离记录下来。然后整改程序，用红外收发模块进行测距，就可在显示模块上显示出红外接收管接收的信号强度对应的距离值。
GP2Y0A02YK0F
红外测距传感器 20-150cm
图3.1 红外传感器结构图 图3.2 protues中红外传感器
如图3.2所示GP2Y0A02YK0F有3个端口，其中VCC接信号输入，VO接MCP3001的IN+，GND接地线。GP2Y0A02YK0F测量范围在20cm-150cm之间，测量误差小于0.5cm。是一个距离测量传感器单元，PSD的集成组合构成 （位置敏感探测器），IRED（红外发光二极管）和信号原理电路。由于采用三角测量方法，各种物体的反射率，对环境温度和工作时间距离检测不容易产生影响。
推荐工作条件：
参数 符号 条件 等级 单位
基于单片机的设计
单片机类毕业设计
•电子时钟的设计
•全自动节水灌溉系统-硬件部分
•数字式温度计的设计
•溫度监控系统设计
•基于单片机的语音提示测温系统的研究
•简易无线电遥控系统
•数字流量计
•基于单片机的全自动洗衣机
•水塔智能水位控制系统
•温度箱模拟控制系统
•超声波测距仪的设计
•基于5】单片机的LED点阵显示屏系统的设计与实现16x】6点阵显示屏
•基于AT89S51单片机的数字电子时钟
•基于单片机的步进电机的控制
•基于单片机的交流调功器设计
•基于单片机的数字电压表的设计
•单片机的数字钟设计
•智能散热器控制器的设计
•单片机打铃系统设计
•基于单片机的交通信号灯控制电路设计
•基于单片机的远程控制家用电器系统设计
•基于单片机的安全报警器
•基于单片机的八路抢答器设计
•基于单片机的超声波测距系统的设计
•基于MCS-51数字温度表的设计
•电子体温计的设计
•基于AT89C51的远程控制系统
•基于AVR单片机幅度可调的DDS信号发生器
•基于单片机的数控稳压电源的设计
•基于单片机的室一氧化碳监测及报警系统的研究
•基于单片机的空调温度控制器设计
•基于单片机的可编程多功能电子定时器
•单片机的数字温度计设计
•红外遥控密码锁的设计
•基于61单片机的语音识别系统设计
•家用可燃气体报警器的设计
•基于数字温度计的多点温度检测系统
•基于凌阳单片机的语音实时采集系统设计
•基于单片机的数字频率计的设计
•基于单片机的数字电子钟设计
•设施环境中温度测量电路设计 •汽车倒车防撞报警器的设计
•篮球赛计时记分器
•基于单片机的家用智能总线式开关设计
•设施环境中湿度检测电路设计
•基于单片机的音乐合成器设计
•设施环境中二氧化碳检测电路设计
•基于单片机的水温控制系统设计
•基于单片机的数字溫度计的设计
•基于单片机的火灾报警器
•基于单片机的红外遥控开关设计
•基于单片机的电子钟设计
单片机参考文献(优秀范文105个)
单机作为当前技术条件支持下最为典型的嵌入式系统，借助于电子技术的支持，在各个行业领域中均发挥着极为广泛与深入的作用，下面是单片机参考文献105个，供大家借鉴参考
。
单片机参考文献一：
[1]张扬，王聪，张雷。基于单片机C8051F500的无刷直流电机控制研究[J].微处理机，2020,41（03）：43-47.
[2]张斌，马永斌，邱秀荣，赫书月。智能晾衣架控制系统的设计与实现[J].微处理机，2020,41（03）：48-50.
[3]崔浩斌，刘伟。基于单片机控制的语音采集与回放系统设计研究[J].微处理机，2020,41（03）：51-54.
[4]梁建华。一种基于89C51控制的数字电压系统的设计[J].商丘师范学院学报，2020,36（06）：18-21.
[5]何颖欣，罗江鹏，陈卫兴。基于单片机的防止儿童车内窒息智能报警系统[J].计算机产品与流通，2020（06）：120.
[6]李磊，鲁波，王帅，徐志伟。基于空气质量检测的智能窗户研究[J].计算机产品与流通，2020（06）：139.
[7]王佳宇，邹志强，顾明磊，徐志伟。基于实验室火灾报警器装置的设计思路[J].计算机产品与流通，2020（06）：140.
[8]何流，谭文韬，张鹏琴，余建想。基于温度传感器的智能恒温空调系统设计[J].计算机产品与流通，2020（06）：144.
[9]王永华，龙怡嘉，张志华。基于STC89C52的智能温控系统的设计[J].计算机产品与流通，2020（06）：149.
[10]范文东，张鹏琴，彭康旭，余建想。基于红外光电开关的智能空调控制系统[J].计算机产品与流通，2020（06）：154.
[11]何金凤。基于单片机的水暖锅炉控制器的设计[J].计算机产品与流通，2020（06）：166.
[12]范羚。单片机课程案例化教学方法研究[J].计算机产品与流通，2020（06）：231. [13]王殿臣。基于STC单片机的直流电机调速控制方法研究[J].计算机产品与流通，2020（07）：62.
毕业设计基于51单片机的超声波测距模块设计
西南科技大学
毕业设计（论文）
题目名称：基于51单片机的超声波测距模块设计
年 级：2003级 ■本科 □专科
学生学号：20035095
学生姓名：时余春 指导教师：何宏森 胡天链
学生单位：信息工程学院 技术职称：讲师
学生专业：生物医学工程 教师单位：信息工程学院
西 南 科 技 大 学 教 务 处 制
基于51单片机的超声波测距模块设计
摘要：本文介绍了一种基于单片机的脉冲反射式超声波测距模块。该模块以空气中超声波的传播速度为确定条件，利用反射超声波测量待测距离。论文概述了超声检测的发展及基本原理，介绍超声波传感器的原理及特性。对于测距系统的一些主要参数进行了讨论。并且在介绍超声测距系统功能的基础上，提出了系统的总体构成。针对测距系统发射、接收、检测、显示部分的总体设计方案进行了论证。进一步介绍了单片机AT89C51在系统中的应用，分析了系统各部分的硬件及软件实现。最后利用测距系统进行验证。实验表明，各主要波形及技术指标均达到设计要求。该系统对室内有限范围的距离测量具有较高的精度和可靠性，最后文中分析了误差产生的原因及如何对系统进行完善。
关键词：51单片机；超声波；测距
Design of Ultrasonic Distance Measurement
Based on AT89C51 MCU
Abstract: The thesis introduces a kind of single-pulse-refection ultrasonic
distance meter system module in detail based on Microcontroller. The system
could measure certain distance with the reflected wave on condition in which
基于单片机的智能体温检测系统设计
基于单片机的智能体温检测系统设计
摘要：由于新冠疫情的爆发给大众的生活带来了巨大变化，为了满足疫情条件下对温度快速测量的需求，采用无接触式测温既有效规避病毒传染风险，又可以第一时间检测疑似病例。在此基础上添加口罩识别功能极大减轻了工作人员人工识别的负担，为防疫工作提供保障。目前市场现有系统存在价格高以及不易携带的问题，并且目前市场应用的大部分装置都是单独的口罩识别或是无接触测温系统。与之相比该系统将两种功能结合在同一系统中，具有体积小、便携、易操作等优点，为操作人员提供了极大便利。此装置适用于学校、工厂、商场等人流密集场所，可以为进出人员提供检测服务。人机交互式装置在疫情防控中发挥重要作用，节省人力物力，并且其效率远高于人工检测。
关键词：单片机；智能体温；检测系统；设计
引言
患新冠肺炎的主要症状是发热，因此体温检测是疫情防控的第一道防线。以当今人流密集场所疫情防控情况为背景，设计并实现了一款基于ＳＴＭ３２单片机的非接触式体温测量与身份识别系统。该系统利用ＯＰＥＮＭＶ对目标人脸进行快速检测，精准识别目标身份信息和口罩佩戴情况，利用ＭＬＸ９０６１４准确测量目标体表温度，实时将测量信息通过显示屏直观地展示并通过蓝牙发送到手机Ａｐｐ上，实现系统逻辑结构的完整性与任务完成的效率最优解。
1系统的组成及其工作原理
1.1系统的组成
以单片机作为系统控制基础，利用传感器测量温度，通过通信和控制技术，形成温度测量控制系统。具体可分为基于MLX90614红外测温传感器的温度检测模块、LCD12864液晶屏显示模块、4X4矩阵键盘模块、电源模块、复位模块、晶振模块、报警模块、继电器控制模块和震动传感器模块。 1.2系统工作原理
该系统基于STC12C5A60S2单片机进行设计，包括电源电路、复位电路、晶振电路、红外测温传感器、震动传感器、LCD显示电路、蜂鸣器报警电路、键盘输入电路和继电器控制电路，通过MLX90614红外温度传感器实现温度数据的处理。在重新处理检测到的温度数据后，将其显示在LCD12864上。当检测温度异常时，报警单元发送报警信号，电磁锁不开锁。MLX90614是一款红外非接触温度计。TO-39金属封装集成了红外导电热力探测器芯片和用于信号处理的集成芯片、支持高精度和高分辨率温度计的低噪音放大器、17位模拟数字转换器和强大的数字信号处理单元。MLX90614集成了热电核心开发生产的两个芯片：MLX81101红外热电反应堆传感器和MLX90302，这是一种专用于处理红外传感器输出信号的特殊集成信号处理芯片。该芯片采用行业标准的TO-39外壳进行封装。MLX90614由低噪音放大器、17位模拟数字转换器和强大的MLX90302数字信号处理芯片集合而成，可实现高精度和高分辨率的温度测量。
用51单片机设计超声波测距系统的设计原理及电路(附源程序)
基于51单片机的超声波测距仪说明书
引言
超声波测距仪，可应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。利用超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制。
一、性能要求
该超声波测距仪，要求测量范围在0.08-3.00m，测量精度1cm，测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。
二、工作原理及方案论证
超声波传感器及其测距原理
超声波是指频率高于20KHz的机械波。用超声波传感器产生超声波和接收超声波，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器.超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。
超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（timeofflight）。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离。
根据要求并综合各方面因素，采用AT89C52单片机作为主控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱动信号用单片机的定时器完成，超声波测距仪的系统框图如下图所示：
图1 超声波测距仪系统设计框图
三、系统硬件部分
硬件部分主要由单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分组成。
1.单片机系统及显示电路
单片机采用AT89C52来实现对CX20106A红外接收芯片和TCT40-10系列超声波转换模块的控制。单片机通过P1.1引脚发射脉冲控制超声波的发送，然后单片机不停的检测外中断0口INT0引脚，当INT0引脚的电平由高电平变为低电平时就认为超声波已经返回。计数器所计的数据就是超声波所经历的时间，通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。显示电路采用简单实用的4位共阳LED数码管，段码用74LS244驱动，位码用PNP三极管驱动。
基于单片机的智能避障寻路机器人系统设计
技术研发 ＴＥＣＨＮｏＬ０ＧＹ ＡＮＤ ＭＡＲＫＥＴ
基于单片机的智能避障寻路 机器人系统设计 张长舂，兰 倩，陈 冬，刘 娜，叶 知 （重庆科技学院电气与信息工程学院，重庆４０１３３１） 摘要：设计了一种基于ＭＳＰ４３０单片机的智能避障寻路机器人系统，系统主要由超声波测距模块、红外检测电路及ｌ８Ｏ。 摆臂舵机模块的直流电机小车组成。通过超声波测距、红外检测、直流电机控制和ＰＷＭ控制等技术，实现小车系统实时 精确测距、避障、寻路功能。 关键词：ＭＳＰ４３０；超声波测距；ＰＷＭ控制；红外检测 ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—８５５４．２０１３．１２．００４ ０引言 智能作为现代科学发展的产物，是科技的发展方向，其可 以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动运作，无需人 为管理，便可以完成预期所要达到的或是更高的目标。本设计 主要研究小车的避障寻路的智能模式，设计中的理论方案、分 析方法、特色与创新点等可以为采矿勘探机器人、家用自动清 洁机器人、自动运输机器人等自动半自动机器人的设计与普及 提供一定的参考价值。本文设计基于ＭＳＰ４３０单片机…。通过 超声波测距技术 、红外检测技术、ＰＷＭ控制技术 及创新机 械结构，实现了实时测距、智能避障防撞、防摔、寻路等功能。 １ 系统总体设计方案 智能避障寻路机器人系统主要以ＭＳＰ４３０单片机为中央 控制器、结合超声波测距模块、红外检测模块１８０。摆臂舵机及 电源模块组成。设计中探测装置必不可少，而超声波在距离检 测方面具有较准确的定位能力，所以采用超声波传感器作为水 平面阻挡物探测装置，结合１８０。摆臂舵机，实现３６０。检测水平 障碍物，路面检测则由红外检测来实现。系统框图如图ｌ 所示
圈１ 智能避障寻路机器人系统框图 ２系统硬件设计与实现 ２．１信号检测模块 本设计主要研究小车的避障寻路功能。此处的障碍分为 两类——正面阻挡物和地面障碍（如坑洼、高空）。当超声波检 测障碍物距离大于设定值且路面正常时，小车正常前进；当超 声波检测障碍物距离小于设定值或路面情况有异常时，小车采 取相应的避障措施，如减速、转向或停止前进。由于超声波在 距离检测方面定位较准确，且价格便宜，所以采用超声波传感 器作为水平四面阻挡物探测装置；路面检测主要考虑机器人防 ８ 摔，选择用红外检测来实现。 采用ＨＣ—ＳＲ０４超声波测距模块。超声波测距技术已十 分成熟，其原理主要分为：渡越时间检测法、相位检测法和声波 幅值检测法。本设计采用渡越时间检测法，其兼具检测原理简 单，且反射波不会对其造成干扰而使其精度和灵敏度下降。超 声波探测头选频频率为４０ ｋＨｚ方波，由单片机指定ＰＷＭ端口 上直接产生。根据超声波测距原理公式Ｓ：Ｃ Ｔ／２，由单片机 进行读取发射超声波到超声波探测器收到回波的时问Ｔ，结合 超声波声速Ｃ计算得出离障碍物的距离，便于保证小车行驶在 设定的安全范围内。 红外检测硬件设计，在车身前８ ｃｍ处分别设置四对红外对 管。系统根据四对红外对管接受到电压信号，经过比较器输出 高低电平信号的情况来判断地面环境，如是低电平则说明地面 环境良好，小车正常行驶；反之，则说明地面障碍，小车转向或停 止行驶。同时，还可根据需要将红外对管设置为循迹模式。 ２．２电机控制模块 系统设计中主要用了两种电机：舵机用于引导超声波模块 和直流电机控制小车。舵机起重要的作用，超声波测距模块置 于其上，随其转动来实现水平空间检测。由舵机的硬件特性可 知：在给定一定电压时，舵机运行的角速度保持恒定。为配合 超声波测距模块能更好地检测水平空问环境，ＰＷＭ控制要求 也非常高，设计采用了ＭＳＰ４３０单片机自身设置的ＰＷＭ通道， 结合随机函数方式产生ＰＷＭ控制信号。小车直流电机驱动采 用Ｈ桥式驱动电路Ｌ２９８Ｎ驱动模块，通过单片机给予Ｌ２９８Ｎ 电路电平信号来控制小车的起停和转向。 ２．３电源模块 系统供电采用ＤＣ—ＤＣ方式，考虑直流电机对电源的要 求，直流电机直接由７．４ Ｖ／ＤＣ电池供电，其他模块均由 ＬＭ２５９６模块将７．４ Ｖ电压转化为５ Ｖ／ＤＣ的电源提供。 ３系统软件设计 系统软件设计的关键在于采用定时器进行计时，并利用计
基于51单片机超声波测距报警系统课程设计
基于51单片机超声波测距报警系统课程设计
一、引言
超声波测距技术是一种常见的非接触式测距技术，具有测距范围广、精度高等优点。在日常生活中，超声波测距技术被广泛应用于车辆倒车雷达、智能家居中的人体感应等领域。本文将介绍基于51单片机的超声波测距报警系统的课程设计。
二、设计思路
本课程设计主要分为硬件设计和软件设计两部分。硬件部分主要包括超声波模块、LCD显示屏、蜂鸣器等模块的连接和电路设计；软件部分主要包括51单片机程序设计及LCD显示程序编写。
三、硬件设计
1. 超声波模块连接
超声波模块是实现测距功能的核心部件。在本课程设计中，我们采用HC-SR04型号的超声波模块。该模块需要连接到51单片机上，具体连接方式如下：
- 将VCC引脚连接到51单片机上的5V电源；
- 将GND引脚连接到51单片机上的GND；
- 将Trig引脚连接到P2.0口；
- 将Echo引脚连接到P2.1口。
2. LCD显示屏连接
LCD显示屏用于显示测距结果和报警信息。在本课程设计中，我们采用1602型号的LCD显示屏。该模块需要连接到51单片机上，具体连接方式如下：
- 将VSS引脚连接到51单片机上的GND；
- 将VDD引脚连接到51单片机上的5V电源；
- 将VO引脚连接到一个10K电位器，再将电位器两端分别接到GND和5V电源；
- 将RS引脚连接到P1.0口；
- 将RW引脚连接到P1.1口；
- 将EN引脚连接到P1.2口；
- 将D4-D7引脚分别连接到P0口的高四位。
3. 蜂鸣器连接
蜂鸣器用于报警。在本课程设计中，我们采用被动式蜂鸣器。该模块需要连接到51单片机上，具体连接方式如下：
- 将正极引脚（一般为长针）连接到51单片机上的P3.7口；
- 将负极引脚（一般为短针）连接到51单片机上的GND。
四、软件设计
1. 51单片机程序设计
在本课程设计中，我们采用Keil C51作为编程工具，使用C语言编写程序。主要程序流程如下：
实验二红外测距传感器实验
.
. 信息工程学院实验报告
课程名称： 传感器原理及应用
实验项目名称： 实验二 红外测距传感器实验 实验时间：2016.10.8
班级： 姓名： 学号：
一、实 验 目 的
1. 学习 CC2530 单片机 ADC 模块的使用。
2. 学习红外测距传感器的使用。
二、实 验 原 理
1. CC2530 节点与红外测距传感器的硬件接口
红外线测距传感器模块GP2Y0A21YK0F 成 绩：
指导老师(签名)： .
.
(1). 红外测距传感器模块(GP2Y0A21YK0F)引脚
OUT：模拟量输出接口(AD 模块)
GND：外接 GND
VCC：数字量输出接口(0 和 1) 外接 5V 电源
(2). 传感器模块与 CC2530 模块之间的连接
2. ADC
(1). 简介
CC2530单片机的ADC支持多达14位的模拟数字转换，具有多达12位的ENOB（有效数字位）。它包括一个模拟多路转换器，具有多达8个各自可配置的通道；以及一个参考电压发生器。转换结果通过DMA写入存储器。还具有若干运行模式。ADC模块的方框图如下所示：
ADC的主要特性如下：
● 可选的抽取率，这也设置了分辨率（7到12位）
● 8个独立的输入通道，可接受单端或差分信号 .
. ● 参考电压可选为内部单端、外部单端、外部差分或AVDD5
● 产生中断请求
● 转换结束时的DMA触发
● 温度传感器输入
● 电池测量功能
(2). 寄存器简介
本次实验中主要涉及到ADC模块的寄存器：
.
.
数据的换算：
例如：在 CC2530 中配置 ADC 的参考电压为 AVDD5(3.3V)，抽取率为 512(12 位有效数据)，由于在实验中采用单端转换方式，所以实际数据只有 11 位。这时，ADC 采集到的数据记为 x,则
基于红外的汽车侧翻预警系统设计
安全技术 基于红外的汽车侧翻预警系统设计 秦洪懋丁仁凯 （盐城工学院汽车工程学院江苏盐城２２４０５１） 摘要：为减少汽车的侧翻事故，设计出了一种基于侧倾角的汽车侧翻预警系统。该系．￣Ｆｄ，５１单片机ｃｐｕ，以ＧＰ２Ｙ０ＡＯ２ＹＫ０Ｆ红外测距传感器为 传感元件，在对某汽车进行仿真的基础上确定系统阈值，将系统实时测得的数据与该阈值进行对比继而判断是否发出侧翻报警，并通过模型验证了系统 的有效性。 关键词：汽车侧翻侧倾角预警系统阈值 中图分类号：Ｕ４６３．６５３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—９４１６（２０１３）０４—０２１２－０１ 社会的不断进步使得汽车的行驶速度不断提高，随之产生的 是汽车侧翻事故的日益频发。根据美国公路安全局（ＮＨＴＳＡ）的数 据统计，近年来，美国每年发生的各类汽车侧翻事故高达２２７００ 起，仅次于正面碰撞的行车事故，而汽车侧翻事故的危害程度也仅 次于汽车碰撞事故而居第二位。因此，减少汽车侧翻事故，提高汽 车行驶安全性已成为一向重要课题，对汽车侧翻预警系统的研究 显得十分必要。 １侧翻预警系统原理 图１侧倾角测量原理示意图 图２侧翻预瞀系统软件框架图 汽车侧翻预警系统利用 红外测距传感器获得汽车两 侧的距地高度，传感器的信 号经过Ａ／Ｄ转化变为数字信 号后，将其传递给ＣＰＵ，运行 侧翻预警算法，计算出汽车 的侧倾角，并与系统设定的 阀值进行比较。若大于侧翻 指标的阈值则触动警报系统 对驾驶员进行提示。图ｌ为侧 倾角测量原理，图２为侧翻预 警系统原理。 ２系统阈值的确定 汽车侧翻大体上可分为 两大类，一类是曲线运动引 起的侧翻，另一类是绊倒侧 翻。前者指汽车在道路（包括 侧向坡道）上行驶时，由于汽 车的侧向加速度超过一定限 值，使得汽车内侧车轮的垂 直反力为零而引起的侧翻； 后者是指汽车行驶时产生侧 向滑移，与路面上的障碍物 侧向撞击而将其“绊倒”。本文 只讨论前者。同时，忽略汽车 悬架及轮胎对侧翻的影响， 在此基础上确定系统所需阈 值。表１是在对某汽车进行仿 真实验的基础上，得出不同 侧向加速度下的汽车的侧倾 表１不同侧向加速度下的汽车的侧倾角 墓 ／（ｍ／ｓ￣） ０ ｌ ２ ４ ６ ３７．７８ ３７．２６ ３６．６５ ３５．Ｏ１ ３２．４１ （。） 角。 ３系统算法 本文通过设计简单模型（如图３）验证该系统的有效性，系统部分 算法如下： ｖｏｉｄ Ａｎｇｅｌ＿ｃｏｍｐｕｔｅ（） ｛ｄｏｕｂｌｅ ｘｌ＝１．００００００，ｙ１＝２５．００００００； ｉｆ（ＡＤＣ—ＨＳ＞＝ＡＤＣ—ＨＳＬ） ｛ｘｌ＝（ｄｏｕｂｌｅ）（ｆａｂｓ（ＡＤＣ—ＨＳ－ＡＤＣ—ＨＳＬ））； ｅｌｓｅ ｛ｘ１＝（ｄｏｕｂｌｅ）（ｆａｂｓ（ＡＤＣ—ＨＳＬ－ＡＤＣ—ＨＳ））；｝ ａｎｇｅｌａ＝（（ａｔａｎ２（ｘｌ，ｙ１）） １８０／３．１４１５９２６）； ｂａｉａｎｇｅｌ＝ａｎｇｅｌａ／１００＋４８；ｓｈｉａｎｇｅｌ＝ａｎｇｅｌａ％１００／１０＋４８； ｇｅａｎｇｅｌ＝ａｎｇｅｌａ％１００％１０＋４８； ｂｕｆ【０】＝ｂａｉａｎｇｅ１．ｂｕｆ【１］：ｓｈｉａｎｇｅｌＩｂｕｆ［２】＝ｇｅａｎｇｅｌ；ｂｕｆ［３】 ＝０ｘ０ｄ；ｂｕｆ［４］＝ＯｘＯａ；ｂｕｆｆ５］＝ＯｘＯ０；｝｝ 图３系统硬件结构图 ４结语 提出了基于侧倾角的汽车侧翻预警系统，通过红外测据传感器 测量汽车两侧距地距离，并将所测数据通过编写的算法转化为汽车 侧倾角，最后通过设计简单模型验证了该系统的有效性。 参考文献 ［１］岑达希，胡树根，王耘，宋小文．基于ＬＴＲ的汽车差动制动防侧翻动 力学研究［Ｊ］．机电工程．２０ｌ １，２８（５）：５３２—５４１． ［２］于志新，宗长富，何磊，王素文．基于ＴＴＲ预警的重型车辆防侧翻控 制算法［Ｊ］．吉林大学学报（工学版），２００９，２（３９）：２５１－２５４． ［３］朱颖，周炜，郭志平，李文亮，张学文．基于车辆侧倾角侧翻预警算法 的研究［Ｊ］．２０１ １，２：５２—５４． ［４］金智林，翁建生。胡海岩．汽车侧翻预警及防侧翻控制［Ｊ］．２００７，４（５）： ３６５－３６９． ［５］Ｃｈｅｎ Ｂｏ，Ｐｅｎｇ Ｈ．Ｒｏｌｌｏｖｅｒ Ｗａｒｎｉｎｇ ｆｏｒ Ａｒｔｉｃｕｌａｔｅｄ Ｈｅａｖｙ Ｖｅ— ｈｉｃｌｅｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ Ｔｉｍｅ—Ｔｏ－Ｒｏｌｌｏｖｅｒ Ｍｅｔｒｉｃ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＡＳＭ Ｅ。２００５，１ ２７（９）：４０６－４ １ ４．
红外测距传感器的工作原理及使用
红外测距传感器的工作原理及使用
Last updated on the afternoon of January 3, 2021 光电检测技术与应用
论 文
题目：红外测距传感器的工作原理及使用
院系：机电工程学院
班级：测控xxxx
完成日期：2017/5/6
小组：第x组
小组成员：xxxxxxxxxx
红外测距传感器的工作原理及使用
摘要：
利用光的反射性质，将光学系统与电路系统相结合可以制作避障传感器，通过单片机的控制，可以完成智能车在运行过程中，对障碍物的处理。避障传感器基本原理：利用物体的反射性质。在一定范围内，如果没有障碍物，发射出去的红外线，因为传播距离越远而逐渐减弱，最后消失。如果有障碍物，红外线遇到障碍物，被反射到达传感器接收头。传感器检测到这一信号，就可以确认正前方有障碍物，并送给单片机，单片机进行一系列的处理分析，协调车轮或者舵机工作，完成躲避障碍物的动作。
关键字：光电检测技术、智能车、测距、红外测距传感器、单片机
一、引言 光电检测作为光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术，主要包括光信息获取、光电变换、光信息测量以及测量信息的智能化处理等，具有精度高、速度快、距离远、容量大、非接触、寿命长、易于自动化和智能化等优点，在国民经济各行业中得到了迅猛的发展和广泛的应用，如光扫描、光跟踪测量，光纤测量，激光测量，红外测量，图像测量，微光、弱光测量等，是当前最主要和最具有潜力的光电信息技术。
二、光电检测技术的概念
光电检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术。它主要利用电子技术对光学信号进行检测，并进一步传递、储存、控制、计算和显示。光电检测技术从原理上讲可以检测一切能够影响光量和光特性的非电量。它可通过光学系统把待检测的非电量信息变换成为便于接受的光学信息，然后用光电探测器件将光学信息量变换成电量，并进一步经过电路放大、处理，以达到电信号输出的目的。然后采用电子学、信息论、计算机及物理学等方法分析噪声产生的原因和规律，以便于进行相应的电路改进，更好地研究被噪声淹没的微弱有用信号的特点与相关性，从而了解非电量的状态。微弱信号检测的目的是从强噪声中提取有用信号，同时提高测系统输出信号的信噪比。