实验三 红外测距原理实验
红外测距传感器实训报告
#### 一、实训背景随着科技的飞速发展，红外测距技术在各个领域得到了广泛应用。
红外测距传感器作为一种非接触式测距设备，具有精度高、响应速度快、抗干扰能力强等特点，在工业自动化、机器人导航、智能交通等领域具有广泛的应用前景。
为了更好地掌握红外测距传感器的工作原理和应用，我们开展了本次实训。
#### 二、实训目的1. 理解红外测距传感器的原理和特性；2. 掌握红外测距电路的制作与调试方法；3. 熟悉红外测距传感器的应用场景和编程技巧；4. 培养动手实践能力和团队合作精神。
#### 三、实训内容1. 红外测距传感器原理及特性红外测距传感器通过发射红外线，测量红外线从发射到反射回来的时间，从而计算出与被测物体的距离。
其工作原理如下：（1）红外发射管发射特定波长的红外线；（2）红外线照射到被测物体上，部分红外线被反射回来；（3）红外接收管接收反射回来的红外线，并将信号传输给处理电路；（4）处理电路根据红外线发射和接收的时间差计算出距离。
红外测距传感器的特性包括：- 测量范围广：通常可测量0.1m至数十米距离；- 响应速度快：可达到毫秒级；- 抗干扰能力强：对环境光线、湿度等影响较小；- 成本低：结构简单，易于制作。
2. 红外测距电路制作与调试本次实训采用红外测距传感器LDM301进行电路制作与调试。
具体步骤如下：（1）电路元件准备：LDM301红外测距传感器、单片机（如Arduino）、电源模块、电阻、电容等；（2）电路连接：将红外测距传感器、单片机、电源模块等按照电路图连接；（3）调试：通过编程调整红外测距传感器的参数，使电路稳定工作；（4）测试：在实验室环境中测试红外测距传感器的性能，包括测量范围、响应速度、抗干扰能力等。
3. 红外测距传感器应用本次实训中，我们将红外测距传感器应用于以下场景：（1）避障机器人：通过红外测距传感器检测前方障碍物距离，控制机器人避开障碍物；（2）智能家居：红外测距传感器可应用于智能门锁、窗帘自动关闭等场景；（3）工业自动化：红外测距传感器可用于生产线上的物料检测、设备定位等。
利用红外发射接收传感器进行距离检测
利用红外发射接收传感器进行距离检测一、实验要求对红外得发射接收作进一步得探讨。
红外可以用来测距离,理解红外测距得基本原理,能够掌握简单得比例控制方法，以及编程。
掌握定时／计数器得使用。
对循迹效果作分析。
二、实验概要本实验将探讨红外测距得内容.利用红外检测器得内置电子滤波功能,调节发射红外得载波频率，而检测器对不同频率得信号有不同得“敏感度”，这样,就能大概得知道距离.１。
测试红外得扫描频率.记录红外发射接收得距离.2。
尾随小车。
让一个小车跟着另一个小车前行。
要将前后距离控制在一定得范围内,若前后距离较大，后面跟随得小车应该加速，跟上去;若距离小于预定值，则减速。
３.跟踪黑色条纹带.红外测距得另一种形式得应用。
也能让小车实现循迹功能。
三、实验内容红外技术发展到现在，已经为大家所熟知，这种技术已经在现代科技、国防与工农业等领域获得了广泛得应用。
红外传感系统就是用红外线为介质得测量系统,按照功能能够分成五类:（1)辐射计，用于辐射与光谱测量;(2)搜索与跟踪系统,用于搜索与跟踪红外目标，确定其空间位置并对它得运动进行跟踪;(3）热成像系统,可产生整个目标红外辐射得分布图像；（4）红外测距与通信系统;（5）混合系统，就是指以上各类系统中得两个或者多个得组合。
红外传感器根据探测机理可分成为：光子探测器（基于光电效应）与热探测器(基于热效应)。
本次试验将尝试用红外来测距.1。
测试扫描频率下图９—1显示得就是一个特殊品牌得红外线探测器数据表(Ｐａｎasｏnic PNA4６02M)得部分摘录.这个摘录显示了红外线探测器在接收到频率不同于38、5 ｋHz时红外线信号时其敏感程度随频率变化得曲线图.例如,当您发送频率为４0 kＨz得信号给探测器时，它得灵敏度就是频率为３8、5 kHz 得50％。
如果红外LED发送频率为42 kＨz，探测器得灵敏度就是频率为３8、５kＨz得20％左右.尤其就是对于让探测器得灵敏度很底得频率,为了让探测器探测到红外线得反射,物体必须离探测器更近让反射得红外光更强。
三角法红外测距原理介绍
三角法红外测距原理介绍工作原理：Sharp的红外传感器都是基于一个原理，三角测量原理。
红外发射器按照一定的角度发射红外光束，当遇到物体以后，光束会反射回来，如图1所示。
反射回来的红外光线被CCD检测器检测到以后，会获得一个偏移值L，利用三角关系，在知道了发射角度a，偏移距L，中心矩X，以及滤镜的焦距f以后，传感器到物体的距离D就可以通过几何关系计算出来了。
图1：三角测量原理可以看到，当D的距离足够近的时候，L值会相当大，超过CCD的探测范围，这时，虽然物体很近，但是传感器反而看不到了。
当物体距离D很大时，L值就会很小。
这时CCD检测器能否分辨得出这个很小的L 值成为关键，也就是说CCD的分辨率决定能不能获得足够精确的L值。
要检测越是远的物体，CCD的分辨率要求就越高。
非线性输出：Sharp GS2XX系列的传感器的输出是非线性的。
没个型号的输出曲线都不同。
所以，在实际使用前，最好能对所使用的传感器进行一下校正。
对每个型号的传感器创建一张曲线图，以便在实际使用中获得真实有效的测量数据。
下图是典型的Sharp GP2D12的输出曲线图。
图2：Sharp GP2D12输出曲线从上图中，可以看到，当被探测物体的距离小于10cm的时候，输出电压急剧下降，也就是说从电压读数来看，物体的距离应该是越来越远了。
但是实际上并不是这样的，想象一下，你的机器人本来正在慢慢的靠近障碍物，突然发现障碍物消失了，一般来说，你的控制程序会让你的机器人以全速移动，结果就是，"砰"的一声。
当然了，解决这个方法也不是没有，这里有个小技巧。
只需要改变一下传感器的安装位置，使它到机器人的外围的距离大于最小探测距离就可以了。
如图3所示:图3：可以避免探测误差的安装图示。
红外遥控测试实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解红外遥控的基本原理和组成。
2. 掌握红外遥控信号的发射和接收技术。
3. 评估红外遥控系统的性能，包括遥控距离、角度和抗干扰能力。
4. 分析实验过程中遇到的问题，并提出相应的解决方案。
二、实验原理红外遥控技术是一种无线通信技术，通过发射端发送红外信号，接收端接收并解析红外信号，从而实现对设备的控制。
红外遥控系统主要由发射端、传输介质和接收端组成。
三、实验器材1. 红外遥控器2. 红外接收模块3. 逻辑分析仪4. 万用表5. 电源6. 调试工具四、实验步骤1. 搭建实验平台：将红外遥控器和红外接收模块连接到逻辑分析仪，并将逻辑分析仪与电脑连接，以便实时观察和分析信号。
2. 测试遥控距离：在实验室内，保持红外遥控器和红外接收模块之间距离不变，逐步增加距离，记录不同距离下的遥控效果。
3. 测试遥控角度：在实验室内，保持红外遥控器和红外接收模块之间距离不变，改变红外遥控器与红外接收模块之间的角度，记录不同角度下的遥控效果。
4. 测试抗干扰能力：在实验室内，向红外遥控器和红外接收模块之间添加干扰信号，观察红外遥控系统的抗干扰能力。
五、实验结果与分析1. 遥控距离测试：在实验过程中，当红外遥控器和红外接收模块之间距离为5米时，遥控效果良好；当距离增加到10米时，遥控效果有所下降；当距离增加到15米时，遥控效果基本失效。
这表明红外遥控系统的遥控距离与发射端和接收端之间的距离有关，距离越远，遥控效果越差。
2. 遥控角度测试：在实验过程中，当红外遥控器和红外接收模块之间距离为5米时，在正前方角度范围内，遥控效果良好；当角度增加到45度时，遥控效果有所下降；当角度增加到90度时，遥控效果基本失效。
这表明红外遥控系统的遥控角度与发射端和接收端之间的角度有关，角度越大，遥控效果越差。
3. 抗干扰能力测试：在实验过程中，向红外遥控器和红外接收模块之间添加干扰信号，发现当干扰信号强度较高时，红外遥控系统的抗干扰能力较差，容易导致遥控失效。
红外传感器测试实训报告
一、实训目的本次实训旨在让学生了解红外传感器的原理、结构、工作特性，并掌握红外传感器的测试方法。
通过实训，使学生能够熟练使用红外传感器进行实际测量，并具备分析测量结果、解决实际问题的能力。
二、实训内容1. 红外传感器原理与结构红外传感器是一种利用红外线特性进行测量的传感器。
其工作原理是：物体在辐射红外线时，红外传感器通过接收这些红外线并将其转换为电信号，从而实现对物体状态的测量。
红外传感器的结构主要由光学系统、探测器、信号调理电路和显示系统等组成。
其中，光学系统负责将红外线聚焦到探测器上；探测器将红外线转换为电信号；信号调理电路对电信号进行处理；显示系统将处理后的信号显示出来。
2. 红外传感器的测试方法（1）基本测试1）外观检查：检查红外传感器的外观是否有损坏、变形等现象。
2）连接检查：检查红外传感器的连接线是否完好，接触是否牢固。
3）工作电压测试：使用万用表测量红外传感器的工作电压，确保其符合规格要求。
（2）性能测试1）灵敏度测试：将红外传感器置于一定距离处，使用红外辐射源照射传感器，观察传感器输出信号的幅度。
通过改变照射强度，绘制灵敏度曲线，分析传感器的灵敏度。
2）响应时间测试：将红外传感器置于一定距离处，使用红外辐射源照射传感器，记录传感器输出信号从低电平到高电平的时间，以及从高电平到低电平的时间。
通过比较不同传感器的响应时间，分析其性能。
3）抗干扰能力测试：在红外传感器附近加入干扰源，如振动、射频等，观察传感器输出信号的变化，分析其抗干扰能力。
4）温度特性测试：将红外传感器置于不同温度环境下，观察传感器输出信号的变化，分析其温度特性。
5）距离特性测试：将红外传感器置于不同距离处，观察传感器输出信号的变化，分析其距离特性。
3. 实训项目本次实训选取了以下项目进行测试：（1）热释电红外传感器测试（2）红外雨量传感器测试（3）红外测距传感器测试三、实训过程1. 准备工作实训前，准备好所需的仪器设备，包括红外传感器、红外辐射源、万用表、信号发生器等。
三角法红外测距原理
三角法红外测距原理
三角法红外测距原理是一种常用的测量物体距离的方法。
它基于三角形的几何关系，通过测量物体的角度和距离，可以计算出物体到测量设备的准确距离。
在红外测距装置中，通常包含一个红外发射器和一个红外接收器。
发射器会发出一束红外光束，该光束会经过物体，并被物体反射回来。
接收器会接收到被反射回的红外光束。
为了计算物体到测距装置的距离，我们需要测量物体的角度和红外光束的发射角度。
通过测量发射器和接收器之间的角度差，以及物体与测距装置之间的角度，我们可以使用三角函数来计算出物体到测距装置的距离。
具体而言，我们可以使用正切函数来计算距离。
设发射器到物体的距离为a，物体到接收器的距离为b，物体到测距装置的
距离为c，测得发射器和接收器之间的角度差为θ，则有如下
关系：
tan(θ) = a / b
我们可以通过测量发射器和接收器之间的距离和角度差，来计算出a和b的值，从而得到c的值。
三角法红外测距原理适用于许多领域，如自动驾驶、室内导航、安防监控等。
它具有测量精度高、响应速度快的特点，并且可以在不同光照条件下进行测量。
红外测距原理实验
1、思考红外测距对校准光束的发散角有什么要求，为什么？
答：校准光束的发散角不能太大也不能太小，因为发散角太大或太小的话，反射回来的光束不能被光电监测期间PSD检测器件检测到。
2、思考红外测距结构中的滤光片、凸透镜的作用，去掉他们是否可行，为什么？
答：滤光片的作用是滤光，使检测器PSD接受到的是红外单色光，而凸透镜则起汇聚光线的作用，不能去掉它们，使用它们的目的就是是反射光束打到 ＰＳＤ上时更容易被ＰＳＤ检测到，把它们去了，ＰＳＤ就不易检测到反射光束。
教师评语及评分：
签名：年月日
（式1-2）
得到：
（式1-3）
四、实验注意事项
1、实验过程中严禁用导体接触实验仪裸露元器件及其引脚；
2、实验模块带电时，严禁插、拔实验连线及可拆卸元件；
3、实验过程中，注意电源及信号连线的对应连接，请勿误接。
五、实验步骤
1、检查实验模块是否断电，在断电情况下进行实验。
2、用2#连接导线将“PSD_Vo”端口与数据采集与处理单元中的“A/D”端口相连。
3、打开实验模块电源，观察液晶屏是否工作正常，观察液晶屏是否有示数显示。
4、将挡板放置在结构件探测前端10cm-80cm范围内，且使挡板与传感器垂直；在10cm-80cm的距离范围内，水平移动挡板距离，观察液晶屏显示的电压数值与距离数据是否变化。
5、将挡板放置在垂直放置在传感器10cm处，由近到远水平移动挡板，5cm为间距，记录相应位置的电压V、液晶屏显示距离D。
实验序号
实验三
实验名称
红外测距原理实验
实验时间
2016-4-20
实验室
同析楼三栋216实验室
一、实验目的
1、掌握红外测距的三角测距原理；
红外测距的原理
红外测距的原理
红外测距是一种利用红外线来测量物体与测距仪之间距离的技术。
其原理是基于红外线的特性以及光的反射原理。
红外线是一种较长波长的电磁辐射，它位于可见光和微波之间，无法被人眼所察觉。
红外线能够被物体吸收、反射和传导。
测距仪通过发送红外线信号并接收反射回来的信号来确定物体与测距仪之间的距离。
在红外测距中，测距仪会通过红外发射器产生一束红外线。
这束红外线会以一定的速度传播，并且当遇到物体时会被物体吸收或反射。
如果红外线被吸收，那么测距仪会接收不到反馈信号，无法测量距离。
但如果红外线被物体反射回来，测距仪可以接收到这个反射信号，并且根据信号的强度和延迟时间来计算物体与测距仪之间的距离。
测距仪中的接收器通常采用红外光敏元件，例如光电二极管或光敏电阻。
这些元件可以将接收到的红外信号转化为电信号。
测距仪还会通过控制电路处理接收到的信号，并且根据信号的特征来计算距离。
红外测距的精确度受到多种因素的影响，例如测距仪和物体之间的相对位置、红外线的发射功率和接收灵敏度等。
此外，环境条件也可能会对测距结果产生干扰，例如其他光源的存在或光的反射等。
总的来说，红外测距通过发射和接收红外线信号来测量物体与
测距仪之间的距离。
它是一种常用的非接触式测距技术，被广泛应用于工业、安防、机器人等领域。
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数据处理：
1、数据列表，并电压与距离间的变化关系，并画出V-D曲线；
2、计算测量距离与实际距离间的相对误差；
3、分析产生误差可能的原因。
【实验结果与数据处理】
表1 红外测距实验数据记录
实际距离
10cm
15cm
20cm
25cm
30cm
35cm
40cm
挡板 1块 卷尺 1把
【实验原理】
红外测距仪是一种光电传感器，它通过发射红外线并测量红外线被反射回来的时间或相位来计算被测物体和测距模块之间距离，以电压大小的形式输出给主控制器，得出测量距离。
1、红外测距结构原理
红外测距主要通过三种原理来实现。其中最直接的方法是往返测时法，它通过测量红外线发射到红外线接收的时间间隔t，即可得到测量距离D为：
（式1-2）
得到：
（式1-3）
【实验步骤及注意事项】
实验步骤：
1、检查实验模块是否断电，在断电情况下进行实验。
2、用2#连接导线将“PSD_Vo”端口与数据采集与处理单元中的“A/D”端口相连。
3、打开实验模块电源，观察液晶屏是否工作正常，观察液晶屏是否有示数显示。
4、将挡板放置在结构件探测前端10cm-80cm范围内，且使挡板与传感器垂直；在10cm-80cm的距离范围内，水平移动挡板距离，观察液晶屏显示的电压数值与距离数据是否变化。
70cm
75cm
80cm
V
0.586
0.571
0.508
0.476
0.425
0.391
0.372
测量距离D(cm)
50.7
52.6
58.9
64.8
70.8
76.4
81.2
相对误差
1.40%
4.36%
1.83%
0.31%
1.14%
1.87%
1.50%
图2 V-D曲线
产生误差可能的原因：（1）红外光在传播的过程中容易发散，所以随着测量距离的增加，误差会逐渐增大。 （2）电路设计的无完美，比如滤波过程也有可能造成红外信号被滤掉，从而造成实验误差。（3）单片机程序如果算法不够精良，也会带来测量上的误差。
5、将挡板放置在垂直放置在传感器10cm处，由近到远水平移动挡板，5cm为间距，记录相应位置的电压V、液晶屏显示距离D。
6、重复实验步骤5。
7、关闭实验仪电源，拆除实验连线，还原实验平台。
实验注意事项：
1、实验过程中严禁用导体接触实验仪裸露元器件及其引脚；
2、实验模块带电时，外测距对校准光束的发散角有什么要求，为什么？
解：由于红外测距的原理是发射红外信号后，红外接收端又要对反射过来的信号进行接收和测距处理。所以要求误差小，精度高。因此校准光束发散角不能过大，因为如果发散角太大的话，红外光会随着距离的增大而分散的越来越多，造成反射光过少，也就造成了测量距离短，测量精度低的缺陷。
三角测量原理利用发射光源、测量物体与接收器形成的三角关系，来计算目标物体的距离。该方法简单易行，造价低，测量范围在几厘米到几米之间，适合于近距离测量，主要用于机器人障碍识别、汽车避障等。本实验即采用三角测距法来实现红外测距模块，为学生提供组装、测试、调试红外测距的实验平台，帮助学生牢固的掌握红外测距的基本原理与实现方法。
2、思考红外测距结构中的滤光片、凸透镜的作用，去掉他们是否可行，为什么？
解：滤光片在本测量系统中有相当重要的作用，由于在接收端需要检测出发射信号，所以要求发射光能够保留较好的距离信息，所以为了避免大气中杂散光的影响，加入滤光片是很有必要的。而凸透镜具有汇聚光束的作业，可以将分散的红外光汇聚起来，让探测器检测到光束更集中的红外反射光。所以，红外测距结构中的滤光片、凸透镜可以提高测量进度，保证测量结果的准确性。
（式1-1）
这种方法快速直接，且距离D与时间t成线性关系，理论上可测出任意范围的距离。但由于光速C很大，时间间隔t将很小，受电子技术及电子器件速度的限制，实际上无法无穷小的测量时间，故该方法仅适合远距离测量（大于1km）。
相位测距仪是在往返测距仪的基础上发展出来的。它通过高频调制发射光，利用相位计比较发射信号与接收信号的相位，得到调制光在往返时引起的相移，从而得到往返时间t，求出距离D。这种方法的测量范围在300m--1km，它虽然不需要高速待腻子器件来测量时间，但其测量精度依赖于频率产生电路与差频测量电路，从而造成其电路造价的升高。
45cm
V
2.286
1.530
1.302
1.055
0.881
0.808
0.789
0.634
测量距离D(cm)
10.2
17.1
20.8
26.7
31.0
35.8
39.8
46.6
相对误差
2.00%
14.00%
4.00%
6.80%
3.33%
2.29%
0.50%
3.56%
实际距离
50cm
55cm
60cm
65cm
光电成像器件实验报告
实验题目
实验三红外测距原理实验
日期
2016.4.20
姓名
杨智超
组别
双2
班级
13光电子班
学号
134090340
【实验目的】
1、掌握红外测距的三角测距原理；
2、掌握红外测距仪的光学通路结构；
3、学会分析红外测距三角结构中各元件的作用。
【实验器材】
光电技术创新综合实验平台 一台
红外测距实验模块 1块 连接导线 若干
2、三角测距原理
图1 红外三角测距结构原理图
红外三角测距法的结构原理如图1所示，包括校准光束、准直透镜及光电位置检测器PSD元件。
校准光束为发射光源，采用红外发射器，并按照一定的角度发射红外光束，当遇到目标物体以后，光束会反射回来，如图1.1所示。反射回来的红外光线被光电位置检测器件PSD检测到以后，会获得一个偏移值x，由三角关系可知，在知道了中心矩LD、凸透镜的焦距f以后，测量出偏移距x，则传感器到物体的距离D即可通过几何关系：