紅外測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)(光電系統(tǒng)設(shè)計(jì))

經(jīng)典word整理文檔，僅參考，雙擊此處可刪除頁(yè)眉頁(yè)腳。本資料屬于網(wǎng)絡(luò)整理，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系刪除，謝謝！__目錄第一章緒論......................................................................................................................11.1紅外線概述.........................................................................................................11.2紅外傳感器的分類.............................................................................................11.3紅外傳感器的應(yīng)用.............................................................................................21.4AT89C52單片機(jī)概述.......................................................................................31.5MCP3001簡(jiǎn)介..................................................................................................6第二章紅外測(cè)距的工作原理與基本結(jié)構(gòu)....................................................................82.1紅外測(cè)距傳感器簡(jiǎn)介.........................................................................................82.2紅外線測(cè)距的工作原理....................................................................................92.4紅外測(cè)距傳感器接線.......................................................................................102.5紅外測(cè)距系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu).............................................................................11第三章紅外測(cè)距的硬件設(shè)計(jì)......................................................................................113.1紅外測(cè)距的實(shí)現(xiàn)構(gòu)想......................................................................................113.2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)電路圖......................................................................................123.3各硬件電路設(shè)計(jì)..............................................................................................133.3.1復(fù)位電路................................................................................................133.3.2時(shí)鐘電路................................................................................................133.3.3A/D轉(zhuǎn)換電路........................................................................................143.3.4LCD顯示電路.......................................................................................15第四章紅外測(cè)距的軟件設(shè)計(jì)......................................................................................154.1系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖..........................................................................................154.2軟件程序設(shè)計(jì)..................................................................................................164.3源代碼...............................................................................................................17第五章仿真測(cè)試...........................................................................................................27..................................................................................275.1系統(tǒng)的軟件的調(diào)試仿真第六章PCB圖及元器件清單......................................................................................296.1PCB圖...............................................................................................................296.2元器件清單......................................................................................................29第七章課程設(shè)計(jì)任務(wù)分工及個(gè)人心得體會(huì).............................................................307.1任務(wù)分工...........................................................................................................307.2設(shè)計(jì)心得體會(huì)..................................................................................................30_1.1紅外線概述體，只要它的濕度高于絕對(duì)零度，就有紅外線向周圍空間輻射。它的溫度越高，輻射出來(lái)的紅外線越多，紅外輻射的能量就越強(qiáng)。研究發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)光譜各種單色光的熱效應(yīng)從紫色光到紅色光是逐漸增大的，輻射稱為熱輻射或熱射線。目前紅外發(fā)射器件（紅外發(fā)光二極管）發(fā)出的是峰值波長(zhǎng)0.88uM~0.94uM之間的近紅外光，紅外接收器件（光敏二極管、光敏三極管）的受光峰值波長(zhǎng)為0.88uM~0.94uM之間，恰好與紅被廣泛應(yīng)用。1.2紅外傳感器的分類常見(jiàn)紅外傳感器可分為熱傳感器和光子傳感器。1）熱傳感器_熱傳感器是利用入射紅外輻射引起傳感器的溫度變化，進(jìn)而使有以在室溫下工作，使用簡(jiǎn)單。但是，熱傳感器相應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，靈敏度較低，一般用于低頻調(diào)制的場(chǎng)合。熱傳感器主要類型有：熱敏傳感器型，熱電偶型，高萊氣動(dòng)型和熱釋放電型四種。2）光子傳感器效應(yīng)，使材料電學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。通過(guò)測(cè)量電學(xué)性質(zhì)的變化，可以知感器。光子傳感器的主要特點(diǎn)靈敏度高，響應(yīng)速度快，具有較高的響應(yīng)頻率。但其一般須在低溫下工作，探測(cè)波段較窄。三種。1.3紅外傳感器的應(yīng)用紅外技術(shù)是最近幾十年中發(fā)展起來(lái)的一門新興技術(shù)。它已在科技、國(guó)防和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。紅外傳感器的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：紅外輻射計(jì)：用于輻射和光譜輻射測(cè)量。_1)搜索和跟蹤系統(tǒng)：用于搜索和跟蹤紅外目標(biāo)，確定其空間位置并對(duì)其運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤。2)熱成像系統(tǒng)：能形成整個(gè)目標(biāo)的紅外輻射分布圖像。3)紅外測(cè)距系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)物體間距離的測(cè)量。4)通訊系統(tǒng)：紅外線通信作為無(wú)線通信的一種方式。5)混合系統(tǒng)：是指以上各類系統(tǒng)中的兩個(gè)或多個(gè)的組合。1.4AT89C52單片機(jī)概述AT89C52是美國(guó)Atmel公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8KB的可反復(fù)檫寫的程序存儲(chǔ)器和12B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)配置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。AT89C52單片機(jī)屬于AT89C51單片Intel公司的80C52點(diǎn)和指令系統(tǒng)等方面兼容。其主要工作特性是：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器內(nèi)含8KB的Flash1000次；片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)含256字節(jié)的RAM；具有32根可編程I/O口線；具有3個(gè)可編程定時(shí)器；中斷系統(tǒng)是具有8個(gè)中斷源、6個(gè)中斷矢量、2個(gè)級(jí)優(yōu)先權(quán)的_中斷結(jié)構(gòu)；串行口是具有一個(gè)全雙工的可編程串行通信口；具有一個(gè)數(shù)據(jù)指針DPTR；低功耗工作模式有空閑模式和掉電模式；具有可編程的3級(jí)程序鎖定位；AT89C52工作電源電壓為5（1+0.2）V，且典型值為AT89C52最高工作頻率為24MHzAT89C52的各引腳功能：·P0口口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I/O口，也即地址/8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口P0寫“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。8Flash編口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻?！1口1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉AT89C51和P1.1還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX），F(xiàn)lash編程和程序校驗(yàn)期_間，P1接收低8位地址?！2口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口P2寫“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVX@RI指令）時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和一些控制信號(hào)?！33口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的P3口除了作為一般的I/O口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)?！ST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外_將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無(wú)效?！SEN：程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次PSEN信號(hào)。·EA/VPP：CPU址為端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源然這必須是該器件是使用12V編程電壓：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。：振蕩器反相放大器的輸出端。1.5MCP3001簡(jiǎn)介Miclodip的MCP3001是款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)，該器件提供個(gè)偽差分輸入通道。指定_差分非線性和積分非線性的最大值為±1LSB:它使用符合SPl協(xié)議的28MHz時(shí),該器件的采樣速率最大可為200ksps。McP3001器件的匚作電壓范圍很寬，為5nA和典型工作電流為400uA的條件下工作。該器件以8引腳PDIP、MSOP、TSSOP和150milSOC封裝形式提供。MCP3001的特性：10位分辨率±1LSBDNL（最大值）±1LSBINL（最大值）片上采樣和保持電路SPI串行接口（模式0.0和1.1）單電源供電的電壓范圍：2.7V~5.5V5V時(shí)的采樣速度為200ksps低功耗CMOS技術(shù)8引腳PDIP、SOIC、MSOP和TSSOP封裝應(yīng)用封裝類型：類：（1）輻射計(jì)，用于輻射和光譜測(cè)量；（2）搜索和跟蹤系統(tǒng)，用于搜索和跟蹤紅外目標(biāo)，確定其空間位置并對(duì)它的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤；（3）熱成像系統(tǒng)，可產(chǎn)生整個(gè)目標(biāo)紅外輻射的分布圖像；（4）紅外測(cè)距和通信系統(tǒng)；（5）混合系統(tǒng)，是指以上各類系統(tǒng)中的兩個(gè)或者多個(gè)的組合。按探測(cè)機(jī)理可分成為光子探測(cè)器和熱探測(cè)器。紅外傳感技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)代科技、國(guó)防和工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。_2.2紅外線測(cè)距的工作原理紅外測(cè)距傳感器利用紅外信號(hào)遇到障礙物距離的不同反射的強(qiáng)度到單片機(jī)。利用的是紅外線傳播時(shí)的不擴(kuò)散原理,因?yàn)榧t外線在穿越其它物質(zhì)時(shí)折射率很小,所以長(zhǎng)距離的測(cè)距儀都會(huì)考慮紅外線,而紅外線的傳播是需要時(shí)間的,當(dāng)紅外線從測(cè)距儀發(fā)出碰到反射物被反射回來(lái)被接受到,再根據(jù)紅外線從發(fā)出到被接受到的時(shí)間及紅外線的傳播速度就可以算出距離,紅外線的工作原理：利用高頻調(diào)制的紅據(jù)D＝C△t/2得到距離D。紅外傳感器的的測(cè)距基本原理為發(fā)光管發(fā)出紅外光，光敏接收管弱可以判斷物體的距離，它的原理是接收管接收的光強(qiáng)隨反射物體的距離而變化的，距離近則反射光強(qiáng)，距離遠(yuǎn)則反射光弱。為38kHz左右，探測(cè)距離一般比較短，通常被用作近距離障礙目標(biāo)的識(shí)別。本系統(tǒng)采用的即為此種傳感器。2.3紅外線測(cè)距的特點(diǎn)_離；2）有同步輸入端，可多個(gè)傳感器同步測(cè)量；3）測(cè)量范圍廣，響應(yīng)時(shí)間短；4）外形設(shè)計(jì)緊湊，易于安裝，便于操作；2.4紅外測(cè)距傳感器接線本模塊選用的是由日本夏普公司研發(fā)的型號(hào)為GP2Y0A21的紅外傳感器。引腳圖如圖所示。此紅外傳感器一共有三個(gè)引腳，其中VCC（電源電壓）為信號(hào)接入，接入電源電壓為4.5-5.5V，單片機(jī)5V工作電壓即可；GND為接地引腳，連接地線即可；Vout為模擬電壓輸出引腳，此引腳輸出的模擬電壓值為0.4-2.4V，相對(duì)應(yīng)的距離范圍是80-10。此引腳需要接入單片機(jī)處理模塊中的多路A/D轉(zhuǎn)換通道上的任意一路上。GP2Y0A21測(cè)量數(shù)據(jù)。_2.5紅外測(cè)距系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)外接收端兩部分）、單片機(jī)處理模塊、LCD顯示模塊三大部分組成。如圖所示。紅外模塊電壓距離公式顯示模塊3.1紅外測(cè)距的實(shí)現(xiàn)構(gòu)想為了實(shí)現(xiàn)紅外測(cè)距，在硬件設(shè)計(jì)中，我們使用紅外測(cè)距傳感器，物時(shí)，紅外信號(hào)反射回來(lái)被接收管接收，經(jīng)過(guò)處理之后，通過(guò)數(shù)字傳MCP3001的VREF接vcc，IN+接紅外距離傳感器的3.3.1復(fù)位電路3.3.2時(shí)鐘電路3.3.4LCD顯示電路2）確定所需要函數(shù)及算法，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及功能特點(diǎn)，選_擇相應(yīng)的解決方法。3）設(shè)計(jì)系統(tǒng)工作流程圖，采用直觀的方式清晰地表達(dá)出程序的整體設(shè)計(jì)思想。4）根據(jù)系統(tǒng)工作流程圖編寫源程序，對(duì)主函數(shù)及子函數(shù)的功能進(jìn)行逐一分析，并寫出相應(yīng)的程序。5）調(diào)試源程序，將編好的程序通過(guò)編譯去除語(yǔ)法及功能上的錯(cuò)誤，然后將程序燒入單片機(jī)中以達(dá)到最終要求。4.3源代碼#include<reg51.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineulongunsignedlongsbitRS=P2^0;//LCD命令/數(shù)據(jù)端//LCD讀/寫端sbitRW=P2^1;sbitLCDE=P2^2;sbitMCP_CS=P2^3;線定義//LCD使能端//MCP3001與AT89S52的管腳接sbitMCP_DO=P2^4;sbitMCP_CLK=P2^5;_uintmeasure;ucharflag;//Busy標(biāo)志//顯示ucharcodedis[]={"MeasureStart"};ucharcodedis1[]={"V=.V,L=ucharcodedis2[]={"0123456789."};ucharcodedis3[]={"OutMeasure!"};uchardis_buf[8];CM"};//顯示代碼//顯示//顯示緩沖區(qū)//短延時(shí)voidL_delay(void);voiddelay_ms(uintn);uintread_MCP(void);voidinit_1602(void);//延時(shí)函數(shù)//讀MCP3001//1602初始化函數(shù)voidbusy(void);//LCD忙標(biāo)志判斷函數(shù)//寫數(shù)據(jù)子函數(shù)voiddat_wrt(uchardat);voidcmd_wrt(ucharcmd);uintdistance(void);//寫命令子函數(shù)//距離計(jì)算函數(shù)voidlcd_start(ucharstart);voidLCD_Clear(void);uchardat_adj(uintdat1);voidprint(uchar*str);voiddisp(uintdat);//設(shè)定顯示位置函數(shù)//LCD清屏函數(shù)//顯示數(shù)據(jù)調(diào)整函數(shù)//字符串顯示函數(shù)//顯示子函數(shù)uintaverage(void);//算術(shù)平均濾波程序_/****************************主函數(shù)*******************************/main(){init_1602();print(dis);//顯示測(cè)量開(kāi)始delay_ms(1000);while(1){measure=distance();disp(measure);delay_ms(100);}//顯示高度}/**************************延時(shí)函數(shù)**************************/voiddelay_ms(uintn){uintj;while(n--)for(j=0;j<125;j++);}/***************************短延時(shí)****************************/voidL_delay(void)_{}uchari;for(i=0;i<5;i++)_nop_();/************************讀MCP3001函數(shù)*************************/uintread_MCP(void)///////////////////////////////////////////{read_MCP采集的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換后的值uchari;uinttemp=0;MCP_CS=1;L_delay();MCP_CS=0;for(i=0;i<13;i++){//CS置低，開(kāi)始采樣數(shù)據(jù)//讀轉(zhuǎn)換的10位數(shù)據(jù)MCP_CLK=0;L_delay();MCP_CLK=1;temp<<=1;if(MCP_DO==1)temp|=0x01;}_MCP_CS=1;temp&=0x03ff;return(temp);//獲取有效轉(zhuǎn)換值}/************************LCD忙標(biāo)志判斷函數(shù)*******************/voidbusy(void){flag=0x80;//賦初值高位為1禁止while(flag&0x80)//讀寫操作使能位禁止時(shí)等待繼續(xù)檢測(cè){P0=0xff;RS=0;RW=1;LCDE=1;flag=P0;LCDE=0;}//指向地址計(jì)數(shù)器//讀//信號(hào)下降沿有效//讀狀態(tài)位元高位為狀態(tài)}/************************寫數(shù)據(jù)子函數(shù)************************/voiddat_wrt(uchardat){_busy();//檢測(cè)讀寫操作使能嗎LCDE=0;RS=1;//指向數(shù)據(jù)寄存器//寫RW=0;P0=dat;LCDE=1;LCDE=0;//寫數(shù)據(jù)//高電平有效}/*************************寫命令子函數(shù)************************/voidcmd_wrt(ucharcmd){LCDE=0;busy();//檢測(cè)讀寫操作使能嗎//命令P0=cmd;RS=0;//指向命令計(jì)數(shù)器//寫RW=0;LCDE=1;LCDE=0;//高電平有效}/***********************距離計(jì)算函數(shù)***************************/uintdistance(void){_uinttemp1;temp1=average();/////////////////////////////////temp1平均數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的距離//在正常測(cè)量范圍？//////////////////////////////if((temp1>60)&(temp1<960)){temp1=13569/(temp1+7)-4;//轉(zhuǎn)換測(cè)量數(shù)據(jù)}else{temp1=0x00ff;}return(temp1);}/************************算術(shù)平均濾波程序**********************/uintaverage(void){uchari;uintav_dat;/////////////////////////////////////////////////////////////////////ulongave=0;av_dat平均數(shù)據(jù)_for(i=0;i<10;i++)//連續(xù)讀取10個(gè)數(shù)據(jù)值//讀轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù){ave+=read_MCP();L_delay();}av_dat=(uint)(ave/10);return(av_dat);//求平均值}/*************************1602初始化函數(shù)************************/voidinit_1602(void){cmd_wrt(0x01);cmd_wrt(0x0c);cmd_wrt(0x06);//清屏//開(kāi)顯示，不顯示游標(biāo)，不閃爍位元cmd_wrt(0x38);//16×2位數(shù)據(jù)接口}/************************設(shè)定顯示位置函數(shù)************************/voidlcd_start(ucharstart){cmd_wrt(start|0x80);_}/************************LCD清屏函數(shù)****************************/voidLCD_Clear(void){cmd_wrt(0x01);delay_ms(1);//寫入清屏指令}/************************顯示數(shù)據(jù)調(diào)整函數(shù)************************/uchardat_adj(uintdat1)/////////////////////////////////////////////////////////////////////////{dat1L距離uchari=0;uintdate;date=average()/2;dis_buf[0]=(uchar)(dat1/100);dis_buf[1]=(uchar)(dat1%100/10);dis_buf[2]=(uchar)(dat1%100%10);dis_buf[3]=date/100;dis_buf[4]=date%100/10;dis_buf[5]=date%100%10;//百位//十位//個(gè)位_if(dis_buf[0]==0)i=1;return(i);}/**************************字符串顯示函數(shù)**************************/voidprint(uchar*str){while(*str!='\0')//直到字符串結(jié)束{dat_wrt(*str);str++;//指向下一個(gè)字符}}/***************************顯示子函數(shù)****************************/voiddisp(uintdat){uchartemp,j;if(dat!=0x00ff){t