基于單片機立定跳遠紅外線測距系統(tǒng)設計

XXXX大學畢業(yè)設計〔論文〕基于單片機的立定跳遠測距系統(tǒng)設計年級：XXXXX學號：XXXXX姓名：XXXXX專業(yè)：XXXXX指導老師：XXXXX二零一二年五月目錄摘要本文論述立定跳遠測距系統(tǒng)，介紹了紅外線及紅外傳感器的分類和應用、AVR單片機系列的開展與應用，特別對ATmega16單片機進行了說明，本系統(tǒng)以AVR單片機為核心工作部件，并在硬件設計中詳細介紹了紅外線測距原理及各電路模塊的工作方式，分別論述紅外發(fā)射驅動電路、紅外接收驅動電路、RS485通訊、報警電路、鍵盤、電源電路、LED顯示電路工作原理及ATmega16單片機的管腳分配。在軟件設計中，說明了整個程序流程及各程序設計函數(shù)，設計過程中充分考慮了搞干擾措施。最后，得出整個設計的結論，說明了紅外測距的可行，并且在運行中系統(tǒng)性能穩(wěn)定，精度較高，誤差小于1CM，系統(tǒng)比擬實用。關鍵字：紅外線；距離測量；ATmega16AbstractThearticlebasedonthedesignofachipATmega16rangeofinfrareddistancemeasurementmodules.Ontheinfraredandinfraredsensorsandtheapplicationoftheclassification,theAVRSeriesofdevelopmentandapplication,especiallyforATmega16conducted.AVRmicrocontrollerasthecore,inhardwaredesign,Inthehardwaredesignintroducedtheprincipleandtheinfrareddistancemeasurementcircuitmoduleswayofworking,introducedtheinfraredrangetoachievethevisionisinfraredrangeofhardwarecircuit.andthattheinfraredtransmitterdrivercircuit,infraredreceiver-drivencircuit,RS485communications,alarmcircuits,keyboard,powersupplycircuit,LEDDisplayCircuitandATmega16pinassignments.Insoftwaredesign,itshowshowtheprocessworks,andthedesignprogramfunctionanderroranalysis.Thedesignprocessoffullyconsideringmaketointerferencemeasures.Finally,itisthewholedesigntotheconclusionthattheinfraredrangeoffeasibility.Ithasstablecapabilityandhighprecession.Themeasureerrorislessthanonecentimeter.Keywords:Infrared；Distancemeasurement；ATmega161緒論1.1紅外線概述紅外線簡介近二十年來，紅外輻射技術已成為一門迅速開展的新興技術科學。它已廣泛應用于生產，科研，軍事，醫(yī)學等各個領域。紅外輻射技術是開展測量技術、遙感技術和空間科學技術的重要手段。紅外輻射俗稱紅外線，又稱紅外光，它是一種人眼看不見的光線。但實際上它和其他任何光線一樣，也是一種客觀存在的物質。任何物體，只要它的濕度高于絕對零度，就有紅外線向周圍空間輻射。它的波長介于可見光和微波之間，它的波長范圍大致在0.75um~100um的頻譜范圍之內。相對應的頻率大致在4×1014~3×1011之間，紅外線與可見光、紫外線、χ射線、γ射線和微波、無線電波一起構成了整個無限連續(xù)的電磁波譜，在紅外技術中，一般將紅外輻射分為四個區(qū)域，即近紅外區(qū)、中紅外區(qū)、遠紅外區(qū)和極遠紅外區(qū)。0.77um~3um為近紅外區(qū)，3um~30um為中紅外區(qū)，30um~1000um為遠紅外區(qū)。這里所說的遠近是指紅外輻射在電磁波譜中與可見光的距離。紅外輻射的物理本質是熱輻射。物體的溫度越高，輻射出來的紅外線越多，紅外輻射的能量就越強。研究發(fā)現(xiàn)，太陽光譜各種單色光的熱效應從紫色光到紅色光是逐漸增大的，而且最大的熱效應出現(xiàn)在紅外輻射的頻率范圍內，因此人們又將紅外輻射稱為熱輻射或熱射線。紅外線在通過云霧等充滿懸浮離子的物質時不易發(fā)生散射，有較強的穿透能力，還具有抗干擾能力強、易于產生、對環(huán)境影響小、不會干擾臨近的無線電設備的特點，因而被廣泛應用。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〕的受光峰值波長為0.88um~0.94um之間，恰好與紅外發(fā)光二極管的光峰值波長相匹配。紅外光具有反射、折射、散射、干預、吸收等特性。能全部吸收投射到它外表的紅外輻射的物體稱為黑體；能全部反射的物體稱為鏡體；能局部反射、局部吸收的物體稱為灰體。嚴格地講，在自然界中，不存在黑體鏡體和透明體。紅外傳感器的分類常見紅外傳感器可分為熱傳感器和光子傳感器。一、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，進而使有關物理參數(shù)發(fā)生相應的變化，通過測量有關物理參數(shù)的變化來確定紅外傳感器所吸收的紅外輻射。熱探測器的主要優(yōu)點是相應波段寬，可以在室溫下工作，使用簡單。但是，熱傳感器相應時間較長，靈敏度較低，一般用于低頻調制的場合。熱傳感器主要類型有：熱敏傳感器型，熱電偶型，高萊氣動型和熱釋放電型四種。1.熱敏電阻型傳感器熱敏電阻是由錳、鎳、鈷的氧化物混合后燒解而成的，熱敏電阻一般制成薄片狀，當紅外輻射照射在熱敏電阻上，其溫度升高，電阻值減少。測量熱敏電阻值變化的大小，即可得知入射的紅外輻射的強弱，從而可以判斷產生紅外輻射物體的溫度。2.熱電偶型傳感器熱電偶是由熱電功率差異較大的兩種材料構成。當紅外輻射到這兩種金屬材料構成的閉合回路的接點上時，該接點溫度升高。而另一個沒有被紅外輻射輻照的接點處于較低的溫度，此時，在閉合回路中將產生溫差電流。同時回路中產生溫差電勢，溫差電勢的大小，反映了接點吸收紅外輻射的強弱。利用溫差電勢現(xiàn)象制成的紅外傳感器稱為熱電偶型紅外傳感器，因其時間常數(shù)較大，相應時間較長，動態(tài)特性較差，調制頻率應限制在10HZ以下。3.萊氣動型傳感器高萊氣動型傳感器是利用氣體吸收紅外輻射后，溫度升高，體積增大的特性，來反映紅外輻射的強弱。它有一個氣室，以一個小管道與一塊柔性薄片相連。薄片的背向管道一面是反射鏡。氣室的前面附有吸收模，它是低熱容量的薄膜。紅外輻射通過窗口入射到吸收模上，吸收模將吸收的熱能傳給氣體，使氣體溫度升高，氣壓增大，從而使柔鏡移動。在室的另一邊，一束可見光通過柵狀光欄聚焦在柔鏡上，經柔鏡反射回來的柵狀圖像又經過柵狀光欄投射到光電管上。當柔鏡因壓力變化而移動時，柵狀圖像與柵狀光欄發(fā)生相對位移，使落到光電管上的光量發(fā)生改變，光電管的輸出信號也發(fā)生變化，這個變化量就反映出入射紅外輻射的強弱。這種傳感器的特點是靈敏度高，性能穩(wěn)定。但響應時間性長，結構復雜，強度較差，只適合于實驗室內使用。4.熱釋電型傳感器熱釋電型傳感器是一種具有極化現(xiàn)象的熱晶體或稱“鐵電體〞。鐵電體的極化強度〔單位面積上的電荷〕與溫度有關。當紅外線輻射照射到已經極化的鐵電體薄片外表上時，引起薄片溫度升高，使其極化強度降低，外表電荷減少，這相當于釋放一局部電荷，所以叫做熱釋電型傳感器。如果將負載電阻與鐵電體薄片相連，那么負載電阻上便產生一個電信號輸出。輸出信號的大小，取決于薄片溫度變化的快慢，從而反映入射的紅外輻射的強弱。由此可見，熱釋電型紅外傳感器的電壓響應率正比于入射輻射變化的速率。當恒定的紅外輻射照射在熱釋電傳感器上時，傳感器沒有電信號輸出。只有鐵電體溫度處于變化過程中，才有電信號輸出。所以，必須對紅外輻射進行調制〔或稱斬光〕，使恒定的輻射變成交變輻射，不斷的引起傳感器的溫度變化，才能導致熱釋電產生，并輸出交變的信號。二、光子傳感器光子傳感器是利用某些半導體材料在入射光的照射下，產生光子效應，使材料電學性質發(fā)生變化。通過測量電學性質的變化，可以知道紅外輻射的強弱。利用光子效應所制成的紅外傳感器。統(tǒng)稱光子傳感器。光子傳感器的主要特點靈敏度高，響應速度快，具有較高的響應頻率。但其一般須在低溫下工作，探測波段較窄。按照光子傳感器的工作原理，一般可分為內光電和外光電傳感器兩種，后者又分為光電導傳感器、光生伏特傳感器和光磁電傳感器等三種。1.外光電傳感器〔器件〕當光輻射在某些材料的外表上時，假設入射光的光子能量足夠大時，就能使材料的電子逸出外表，這種現(xiàn)象叫外光電效應或光電子發(fā)射效應。光電二極管、光電倍增管等便屬于這種類型的電子傳感器。它的響應速度比擬快，一般只需幾個毫微秒。但電子逸出需要較大的光子能量，只適宜于近紅外輻射或可見光范圍內使用。2.光電導傳感器〔器件〕當紅外輻射照射在某些半導體材料外表上時，半導體材料中有些電子和空穴可以從原來不導電的束縛狀態(tài)變?yōu)槟軐щ姷淖杂蔂顟B(tài)，使半導體的導電率增加，這種現(xiàn)象叫光電導現(xiàn)象。利用光電導現(xiàn)象制成的傳感器稱為光導傳感器，如硫化鉛、硒化鉛、銻化銦、碲隔汞等材料都可制光電導傳感器。使用光電導傳感器時，需要制冷和加一定的偏壓，否那么會使響應率降低，噪聲大，響應波段窄，以致使紅外線傳感器損壞。光生伏特傳感器〔器件〕當紅外輻射照射在某些半導體材料的PN結上時，在結內電場的作用下，自由電子移向N區(qū)，如果PN結開路，那么在PN結兩端便產生一個附加電勢，稱為光生電動勢。利用這個效應制成的傳感器或PN結傳感器。常用的材料為砷化銦、銻化銦、碲化汞、碲錫鉛等幾種。光磁電傳感器〔器件〕當紅外輻射照射在某些半導體材料外表上時，半導體材料中有些電子和空穴將向內部擴散，在擴散中假設受強磁場的作用，電子與空穴那么各偏向一方，因而產生開路電壓，這種現(xiàn)象稱為光磁電效應。利用此效應制成的紅外傳感器，叫做光磁電傳感器。光磁電傳感器不需致冷，響應波段可達7um左右，時間常數(shù)小，響應速度快，不用加偏壓，內阻極低，噪聲小，有良好的穩(wěn)定性和可靠性。但其靈敏度低，低噪聲前置放大器制作困難，因而影響了使用。1.1.3紅外傳感器的應用紅外技術是最近幾十年中開展起來的一門新興技術。它已在科技、國防和工農業(yè)生產等領域獲得廣泛的應用。紅外傳感器的應用主要表達在以下幾個方面：紅外輻射計：用于輻射和光譜輻射測量搜索和跟蹤系統(tǒng)：用于搜索和跟蹤紅外目標，確定其空間位置并對其運動進行跟蹤。熱成像系統(tǒng)：能形成整個目標的紅外輻射分布圖像。紅外測距系統(tǒng)：實現(xiàn)物體間距離的測量。通訊系統(tǒng)：紅外線通信作為無線通信的一種方式。混合系統(tǒng)：是指以上各類系統(tǒng)中的兩個或多個的組合。1.2AVR單片機概述1.2.1AVR單片機及其開展電子技術的迅猛開展,尤其AVR單片機更廣泛地應用于軍事、工業(yè)、家用電器、智能玩具、智能機器人、便攜式智能儀表等領域,使產品功能、精度和質量大幅度提高,電路簡單、故障率低、可靠性高且本錢低廉。ATMEL公司把51內核與其擅長的FLASH制造技術相結合,推出可重復擦寫1000次以上低功耗的89C51/52/1051/2051等產品,取代其它8751系列,稱霸單片機市場數(shù)年。1997年,由ATMEL挪威設計中心的A先生與V先生,利用ATMEL的Flash新技術,共同研發(fā)RISC(ReducedInstructionSetCPU)精簡指令集高速嵌入式8位單片機,簡稱AVR。AVR單片機主要分為tiny,mega兩個系列，現(xiàn)在還有一些90s的型號但是據(jù)說都會逐漸被mega的相應型號替代，另外有一些以AVR為CPU核的SOC器件比方帶有USB的，帶有RF的，還有帶有FPGA的，這些不好分類。ATMEL自己也是有時候分到AVR一類，有時候又放到別的類，或者單獨給出。一般的說mega系列比tiny系列功能更強大，flash更多RAM更大，其它資源也更多。最根本的區(qū)別在于mega支持IAP〔在應用編程〕和ISP，而tiny只支持ISP。1.2.3ATmega16單片機簡介ATmega16是基于增強的AVRRISC結構的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega16的數(shù)據(jù)吞吐率高達1MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。AVR內核具有豐富的指令集和32個通用工作存放器。所有的存放器都直接與算術邏輯單元(ALU)相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內同時訪問兩個獨立的存放器。這種結構大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的數(shù)據(jù)吞吐率。常見的ATmega16單片機封裝形式如圖1所示：圖1ATmega16單片機引腳說明引腳符號引腳名稱與功能VCC數(shù)字電路的電源GND地端口PA(PA7..PA0)端口A為A/D轉換器的模擬輸入端，端口A為8位雙向I/O口，具有可編程的內部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，假設內部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口A處于高阻狀態(tài)端口B(PB7..PB0)端口B為8位雙向I/O口，具有可編程的內部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，假設內部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口B處于高阻狀態(tài)。端口B也可以用做其他不同的特殊功能端口C(PC7..PC0)端口C為8位雙向I/O口，具有可編程的內部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，假設內部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口C處于高阻狀態(tài)。如果JTAG接口使能，即使復位出現(xiàn)引PC5(TDI)、PC3(TMS)與PC2(TCK)的上拉電阻被激活。端口C也可以用做其他不同的特殊功能.端口D(PD7..PD0)端口D為8位雙向I/O口，具有可編程的內部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大流。作為輸入使用時，假設內部上拉電阻使能，那么端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口D處于高阻狀態(tài)。端口D也可以用做其他不同的特殊功能RESET復位輸入引腳。持續(xù)時間超過最小門限時間的低電平將引起系統(tǒng)復位。持續(xù)時間小于門限間的脈沖不能保證可靠復位XTAL1反向振蕩放大器與片內時鐘操作電路的輸入端XTAL2反向振蕩放大器的輸出端AVCCAVCC是端口A與A/D轉換器的電源。不使用ADC時，該引腳應直接與VCC連接。使用ADC時應通過一個低通濾波器與VCC連接AREFA/D的模擬基準輸入引腳ATmega16有如下特點:16K字節(jié)的系統(tǒng)內可編程Flash(具有同時讀寫的能力，即RWW)，512字節(jié)EEPROM，1K字節(jié)SRAM，32個通用I/O口線，32個通用工作存放器，用于邊界掃描的JTAG接口，支持片內調試與編程，三個具有比擬模式的靈活的定時器/計數(shù)器(T/C),片內/外中斷，可編程串行USART，有起始條件檢測器的通用串行接口，8路10位具有可選差分輸入級可編程增益(TQFP封裝)的ADC，具有片內振蕩器的可編程看門狗定時器，一個SPI串行端口，以及六個可以通過軟件進行選擇的省電模式。工作于空閑模式時CPU停止工作，而USART、兩線接口、A/D轉換器、SRAM、T/C、SPI端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時器繼續(xù)運行，允許用戶保持一個時間基準，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)；ADC噪聲抑制模式時終止CPU和除了異步定時器與ADC以外所有I/O模塊的工作，以降低ADC轉換時的開關噪聲；Standby模式下只有晶體或諧振振蕩器運行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時具有快速啟動能力；擴展Standby模式下那么允許振蕩器和異步定時器繼續(xù)工作。本芯片是以Atmel高密度非易失性存儲器技術生產的。片內ISPFlash允許程序存儲器通過ISP串行接口，或者通用編程器進行編程，也可以通過運行于AVR內核之中的引導程序進行編程。引導程序可以使用任意接口將應用程序下載到應用Flash存儲區(qū)(ApplicationlashMemory)。在更新應用Flash存儲區(qū)時引導Flash區(qū)(BootFlashMemory)的程序繼續(xù)運行，實現(xiàn)了RWW操作。通過將8位RISCCPU與系統(tǒng)內可編程的Flash集成在一個芯片內，ATmega16成為一個功能強大的單片機，為許多嵌入式控制應用提供了靈活而低本錢的解決方案。ATmega16具有一整套的編程與系統(tǒng)開發(fā)工具，包括：C語言編譯器、宏匯編、程序調試器/軟件仿真器、仿真器及評估板。2.紅外測距的工作原理及根本結構2.1紅外線測距發(fā)射與接收器件介紹紅外線測距是利用紅外光來傳送控制指令信號，因此，作為紅外測距中的紅外光發(fā)射器件的紅外發(fā)光二極管和紅外光接收器件的紅外光敏管，是構成紅外測距系統(tǒng)的根本器件。一、紅外線發(fā)射器件1.紅外線發(fā)射器件的結構與原理紅外線發(fā)射器件是最長用的為紅外發(fā)光二極管，它與普通發(fā)光二極管的結構原理以及制作工藝根本相同，是只有一個PN結的半導體器件，只是所有的材料不同，制造紅外發(fā)光二極管砷化鉀，砷鋁鉀等，其中應用最多的是砷化鉀。紅外發(fā)光二極管一般采用環(huán)氧樹脂，玻璃，塑料等封裝，除白色透明材料封裝外，還可見到用藍色透明材料封裝的，。紅外發(fā)光二極管按發(fā)光功率的大小，可分為小功率，中功率，大功率三種。另外，紅外發(fā)光二極管除頂面發(fā)光型外，還有側面發(fā)光型。小功率管一般采用全塑封裝，也有局部是采用陶瓷底座，頂端用玻璃或環(huán)氧樹脂透鏡封裝的，中大功率管一般采用帶螺紋金屬底座，以便安裝散熱片。隨著發(fā)光功率得提高，相應體積的管子也增大。2.紅外發(fā)光二極管的主要參數(shù)〔1〕正向工作電流是指紅外發(fā)光二極管長期工作時，允許通過的最大平均電流，因為電流通過PN結時，要消耗一定的功率而引起管子發(fā)熱，如管子長期超過運行，會因過熱而燒毀，因此，使用的最大平均正向工作電流不得超過。(2)光功率是指輸入到發(fā)光二極管的電功率轉化為光輸出功率的那一局部。光功率越大，發(fā)射距離越遠?！?〕峰值波長是指紅外發(fā)光二極管所發(fā)出近紅外光中，光強最大值所對應的發(fā)光波長，在選用紅外接收管時，其受光峰值波長應盡量靠近。(4)反向漏電流是指管子未被反向擊穿時反向電流的大小，希望它越小越好?！?〕響應時間t0由于紅外發(fā)光二極管PN結電容的存在，影響了它的工作頻率?，F(xiàn)在，紅外發(fā)光二極管的相應時間一般為10-6s~10-7s最高工作頻率為幾十。3.紅外發(fā)光二極管使用事項及簡易測試正向平均工作電流不要太大管子的正向平均工作電流不得超過產品參數(shù)給出的工作電流。加裝散熱片對中大功率管，工作電流一般較大，為了管子不因發(fā)熱損壞，應根據(jù)實際使用電流的大小，考慮加裝散熱片。防水、防油污、防機械損傷有些紅外發(fā)光二極管在制作時管芯裝在管座上，未加裝帽封裝，使用時要注意防水、防油污及機械損傷，如作為遠距離控制，可加裝聚光透鏡，這樣不僅可以大大提高作用距離，同時聚光透鏡也是管子的一種封裝保護。紅外發(fā)光二極管安裝方法紅外發(fā)光二極管安裝在發(fā)射器上時，應有發(fā)射窗口，窗口可用紅色或白色透明有機玻璃封口，以便能夠透過紅外線，又能防塵。當然，紅外發(fā)光二極管也裸露在外。紅外發(fā)光二極管測試方法紅外發(fā)光二極管測試方法非常簡單，用萬用表RX1K檔測量，正向電阻在30KΩ左右，反向電阻在200KΩ以上的管子是好的。反向電阻越大，漏電流越小，質量越好。假設反向電阻只有幾十KΩ，說明管子質量不好，但可使用。假設管子的正向的反向電阻都為無窮大或為零，說明管子是廢品，不能使用。二.紅外光敏二極管1.紅外光敏二極管原理與結構我們知道半導體具有光電效應，即用光照半導體，可使半導體的電阻率發(fā)生變化。利用半導體的光電效應可以制成光電二極管，不同的半導體材料對不同波長的入射光的響應是不同的。光敏二極管有頂面受光和側面受光兩種形式。它也是采用塑料、玻璃、環(huán)氧樹脂等材料封裝。2.光敏二極管的主要參數(shù)〔1〕光電流IL是指在一定反向電壓下，入射光強為某一定值時流過管子的電流。光敏二極管的光電流一般為幾十μA，并與入射光強成正比?！?〕暗電流ID是指在一定反向電壓下，無光照時流過管子的電流。一般在50V反壓下，ID小于0.1μA?！?〕反向工作電壓UR是指在無光照時，光敏二極管反向電流小于0.2μA-0.3μA時，允許的最高反向工作電壓，一般在10V左右，最高可達幾十伏?！?〕峰值波長λp是指光敏二極管光譜響應最靈敏的波長范圍，一般為0.88μM-0.94μM。3.光敏二極管的簡單測試〔1〕電量測量法一般用萬用表RX1K檔，光敏二極管的正向電阻較普通二極管大些，約十幾KΩ左右，反向電阻隨光照變化。無光照時〔用物體將管子擋住，不讓光照射〕，反向電阻接近無窮大，說明漏電流大。管子的反向電阻至少應在500KΩ以上，有光照射時〔在較強日光或燈光下〕，反向電阻越小越好，一般應在20KΩ以下。假設有光照射時反向電阻為窮大或為零，說明管子是壞的。光敏二極管的引線較長的一根是正極。〔2〕電量測量法一般用萬用表電壓檔0.5V或1V檔測量，萬用表的“+〞、“-〞分別與光敏二極管“+〞、“-〞相連，在光照下，電壓表指示一般可達，說明光敏二極管是好的。三.紅外光敏三極管光敏二極管的光電流僅為μA級，光敏靈敏度還不夠高，而光敏三極管的光電流可達MA級，且具有較高的靈敏度。紅外光敏三極管的結構與原理紅外光敏三極管與普通三極管結構一樣，具有兩個PN結，一般基極無引線，它可以等效成一個bc結是光敏二極管的三極管。無光照時，只有很小的集電極-基極漏電流，所以光敏三極管暗電流很小。在光照時，集電極-基極的反向電流就會因光照增大很多。當三極管的電流放大系數(shù)為時，光敏三極管的光電流要比相應光敏二極管的光電流大。紅外光敏三極管的主要參數(shù)〔1〕最大功耗是指光敏三極管能夠平安工作而不致?lián)p壞的最大耗散功率，光敏三極管的最大功耗一般為幾十?！?〕最高工作電壓是指在光照射時，在管子不被擊穿的前提下集電極與發(fā)射極之間的最高工作電壓，一般為10V-幾十V。光電三極管的其它參數(shù)，如光電流IL暗電流ID等與光敏二極管定義相同紅外光敏三極管的簡單測試〔1〕電阻測量法用萬用表檔，首先，萬用表紅表筆接C極，黑表筆接E極〔管子長腳為E極，短腳為C極〕，由于這種接法管子所加電壓極性〔E為“+〞、C為“-〞〕不符合正常工作條件，因此無論是有光照還是無光照，管子兩端電阻都是非常大的，一般應接近無窮大。然后將紅、黑筆調換，這種接法下所加符合正常工作條件，當無光照時〔用物體遮住管子，使其不受任何光照〕，電阻多在無窮大附近，否那么認為漏電流太大。當有光照時〔將管子移致強光線下〕，電阻應從原來的無窮大變?yōu)閹装贇W，至少也應有幾千歐以下，否那么說明管子靈敏度太底；假設電阻為無窮大，說明管子是壞的?！?〕電量測量法將光敏三極管的C極與E極之間接上10V左右的工作電壓〔C為“+〞、E為“-〞〕并在回路里接上電流表，當無光照射時，電流指示為暗電流，小于。當有光照時，電流指示光電流；一般在之間，有的管子可達2.2立定跳遠紅外線測距的工作原理對某一特定物體距離的測量是光學儀器領域的熱門課題之一。在機器人視覺方面,快速精確的測距系統(tǒng)使機器人迅速準確地判斷目標與機器人的距離,以便使機器人迅速做出相應的判斷和動作。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，經障礙物反射后，由紅外接收電路的光敏接收管接收前方物體反射光，據(jù)此判斷跳遠的距離。根據(jù)發(fā)射光的強弱可以判斷物體的距離，由于接收管接收的光強隨是隨反射物體的距離變化而變化的，因而，距離近那么反射光強，距離遠那么反射光弱。因為紅外線是介于可見光和微波之間的一種電磁波，因此，它不僅具有可見光直線傳播、反射、折射等特性，還具有微波的某些特性，如較強的穿透能力和能貫穿某些不透明物質等。紅外傳感器包括紅外發(fā)射器件和紅外接收器件。自然界的所有物體只要溫度高于絕對零度都會輻射紅外線，因而，紅外傳感器須具有更強的發(fā)射和接收能力。2.3紅外線測距的根本結構對傳感器要求精度高，因此采用單片機進行控制。ATmega16芯片內有8通道、具有10位精度的A/D轉換模塊，我們利用這種單片機設計了一個紅外測距系統(tǒng)。由于超聲波測距存在盲區(qū)問題，故為了解決超聲波傳感器的盲區(qū)問題,系統(tǒng)參加了紅外測距傳感器模塊。該模塊由紅外發(fā)射電路、紅外接收電路、RS485通訊、ATmega16芯片、鍵盤接口電路、報警電路及LED顯示電路等組成。其組成框圖如圖2所示：圖23紅外測距的硬件設計3.1紅外測距的實現(xiàn)設想在機器人制作中，多數(shù)系統(tǒng)采用單一傳感器進行信息采集，超聲波傳感器因為存在測量盲區(qū)的問題，測距范圍一般在30～300cm之間；因而，在距離障礙物0～25cm之間時，超聲波傳感器將出現(xiàn)盲區(qū)。相反，紅外測距傳感器的探測距離較短，一般在幾十厘米之內，它可以在一定程度上彌補超聲波傳感器近距離無法測量的缺點。所以，在可移動機器人避障系統(tǒng)中我們裝上紅外傳感器進行測距。在近距離時，紅外傳感器對距離信息進行測量和采集。為了實現(xiàn)紅外測距，在硬件設計中，我們在可移動機器人前方安裝一個紅外發(fā)射頭與一個紅外接收頭，并在電路板上將紅外發(fā)射驅動電路與紅外接收電路ATmega16芯片的PC4、PC5口相接，并且讓ATmega16芯片與RS485通訊、下載接口、鍵盤、報警電路與LED顯示器相連接，從而構成完整的紅外測距系統(tǒng)。具體實現(xiàn)原理為紅外發(fā)射驅動電路驅動發(fā)射頭的紅外二極管發(fā)出紅外光，當紅外光在遇到障礙物后反射回來，反射回來紅外光由紅外接收驅動電路驅動紅外接收頭的光敏二極管接收到，并通過電壓轉換，將其轉換為可測量的電壓值，因為紅外光的強度會隨距離的縮小而增強，紅外接收電路轉化的電壓值會隨之增強。又因為電壓與距離成比例，通過對轉換的電壓的計算，我們可以知道可移動機器人與障礙物之間的距離。當可移動機器人與障礙物之間的距離到達危險范圍時，由報警電路發(fā)出報警信號。我們采用LED顯示器動態(tài)顯示可移動機器人與障礙物之間的距離，LED顯示器與ATmega16芯片的PA0~PA7、PC0~PC3接口相接，在可移動機器人運動過程，ATmega16芯片內部會將電壓模擬量通過A/D轉換將其轉化為可顯示的數(shù)字量，然后通過LED顯示器顯示出。報警電路與ATmega16芯片的PC6引腳接口相接。RS485通訊接口一頭與ATmega16芯片的PD0、PD1引腳相接，另一頭與上位機相接，實現(xiàn)ATmega16芯片與上位機之間的通訊。下載接口一頭與ATmega16芯片的PB5、PB6、PB7、RESET引腳相接，另一頭與電腦連接，電腦在編寫的程序經下載口下載到ATmega16芯片中。鍵盤與ATmega16芯片的PB5、PB6、RESET引腳相接，通過鍵盤接口可對下載口進行復位。3.2系統(tǒng)硬件結構電路圖整個紅外測距系統(tǒng)由ATmega16芯片、紅外發(fā)射驅動電路、紅外接收驅動電路、RS485通訊接口電路、ISP下載電路、鍵盤電路、報警電路與LED顯示電路構成。3.3各硬件電路設計紅外發(fā)射電路(1)電路組成：紅外發(fā)射驅動電路是由一個簡單的共射放大電路和一個作為開關的三極管電路組成的模塊。電路原理如圖4所示圖4紅外發(fā)射電路〔2〕電路工作原理：在共射放大電路中，紅外發(fā)光二極管TLN205接于共射放大電路的集電極，與基極和發(fā)射極相接的二極管起溫度補償作用?？刂乒苣_Vin與Atmega16芯片管腳PC4相接。當控制管腳Vin有信號輸入時,控制電路的三極管導通,同時整個電路導通,紅外發(fā)光二極管TLN205發(fā)射出紅外光.紅外接收電路電路組成，紅外接收驅動電路是由紅外接收管TPS708和兩個電壓串聯(lián)負反應模擬運算放大電路組成的模塊。紅外接收驅動電路設計為兩極放大是因為在許多情況下，輸入信號是很微弱的，要把這樣微弱的信號放大到足以帶動負載，僅用一級電路放大定是做不到的，必須經多級放大，以滿足放大倍數(shù)和其他性能方面的要求。并且，根據(jù)信號源和負載性質的不同，對各級電路有不同要求，輸入級一般要求有盡可能高的輸入電阻和較低的靜態(tài)工作電流。電路圖如圖5所示：電路工作原理:紅外發(fā)光管TLN205發(fā)射出的紅外光,在遇到前面的障礙物反射后,由紅外接收管TPS708接收,此時TPS708會產生一個與光強相對應的電流。電流經由LM358兩級放大后,在輸出端可以得到一個0～3V的模擬電壓,作ATmega16單片機PC4的模擬輸入量。單片機在完成初始化和端口選擇后,即開始進行A/D轉換,重復等待與檢查轉換完成標志值是否已為零,最后將轉換結果在LED上顯示出來。圖5紅外接收電路〔3〕運算放大電路定量分析：我們采用負反應模擬運算放大電路，是因為負反應具有提高增益穩(wěn)定性、展寬放大器通頻帶與減少非線性失真和噪音三大優(yōu)點，并且負反應還有對相應的輸出量進行自動調節(jié)作用。根據(jù)閉環(huán)增益方程求對的導數(shù)，得即微分閉環(huán)增益的相對變化量為上式說明，負反應的引入使放大器的放大倍數(shù)穩(wěn)定性提高到了倍，而且負反應越深，穩(wěn)定性越高。輸入信號加在集成運放同相輸入斷的電路稱為同相比例運算電路，在紅外接收驅動電路中就采用同相比例運算進行兩級放大。下面對同相比例運算電路進行定量分析：圖6由圖6可知而所以整理得式子說明，輸出電壓與輸入電壓之間存在著比例運算關系，比例系數(shù)由與的值決定。與集成運放本身的參數(shù)無關。因為輸入端通過集成運放的輸入電阻接地，故同相比例運算電路的輸入電阻很大，的大小對信號源影響不大，但如果太小，當很小時，會影響輸出電壓。假設要獲得閉環(huán)電壓放大倍數(shù)，由電壓放大倍數(shù)定義可得：假設那么即輸出電壓與輸入電壓相等，相位相同，此時同相比例運算電路稱為電壓跟隨器。RS485通訊〔1〕電路組成：在可移動機器人紅外測距系統(tǒng)運行過程中,通信傳輸采用標準的RS485計算機數(shù)據(jù)串行通信方式，通過串口按一定的通信協(xié)議接收來自計算機串口RS485的信號，經過處理后按一定的規(guī)律傳送到顯示屏上顯示。ATmega16單片機通過RS485通訊系統(tǒng)將紅外發(fā)射與紅外接收等信息傳送給上位機，同時上位機的控制信息通過下行鏈路發(fā)送給主控板。RS485通訊接口如圖7所示:圖7RS485通訊〔2〕電路工作原理介紹:RS485通訊在應用過程中,采取命令控制字格式與數(shù)據(jù)傳輸格式兩種合理化建議控制格式。1)命令控制字格式“命令控制字〞主要用于上位機對采集模塊進行參數(shù)設置,工作方式設置以及一些必要的命令。命令控制字格式如表1所示:2)數(shù)據(jù)傳輸格式表1命令控制字格式幀頭命令字命令字反碼0x7eCommandCommand_V通訊格式為定長命令,即傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內容字節(jié)數(shù)為固定長度(22Bytes)。格式如下:表2數(shù)據(jù)傳輸格式幀頭B0B1、B2、B3B4—B11B12—B19校驗B20幀尾B210xfe傳感器狀態(tài)超聲波距離紅外距離B1、B2、B3異或0xfcB1對應超聲波傳感器狀態(tài),B2對應紅外傳感器狀態(tài),B3對應碰撞開關狀態(tài)。a)通信方式考慮到紅外光反射的原因，在全雙工方式下發(fā)送的信號也可能會被本身接收，因此紅外通信需采用異步半雙工方式，即通信的某一方發(fā)送和接收是交替進行的。這里設置單片機的串行口采用方式3通信；通信的數(shù)據(jù)格式為每幀11位，包括1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位奇偶校驗位和1位停止位；片內定時器T1作為波特率發(fā)生器，選擇傳送的波特率為1200bps，那么定時器T1的初值應設置為TL1=TH1=E8H，另外應禁止定時器T1中斷，以免因定時器T1溢出而產生不必要的中斷。b)通信協(xié)議進行紅外通信之前，通信雙方首先要根據(jù)系統(tǒng)的功能要求制訂某種特定的通信協(xié)議，然后才能編寫相應的通信程序。

(3)RS485介紹RS485是一種低本錢、易操作的通信系統(tǒng)，RS485總線收發(fā)器采用平衡發(fā)送和差分接收，即在發(fā)送端，驅動器將TTL電平信號轉換成差分信號輸出；在接收端，接收器將差分信號變成TTL電平，因此具有抑制共模干擾的能力，加上接收器具有高的靈敏度，能檢測低達200mV的電壓，故數(shù)據(jù)傳輸可達千米以外。RS485總線采用二線方式，為保持總線平衡傳輸需要在傳輸線兩端并接一個電阻。由于RS-485無標準通信協(xié)議，協(xié)議應自定義，RS-485總線的協(xié)議制定和軟件編程對系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃杂泻艽笥绊?。另外RS-485總線是異步半雙工的通信總線，在某一個時刻，總線只能呈現(xiàn)一種狀態(tài)，所以這種方式一般適用于主機對分機的查詢方式通信，總線上必然有一臺始終處于主機地位的設備在巡檢其它的分機。因此采用RS-485總線連接的多個站點，任意時刻只能有一個站點在“說〞，其它站點只能處于“聽〞狀態(tài)。如果有多于1個的站點在“說〞，數(shù)據(jù)將在通信總線上碰撞，結果使處于接收狀態(tài)的站點收不到正確的數(shù)據(jù)。為保證數(shù)據(jù)傳輸質量，對每個字節(jié)進行校驗的同時，應盡量減少特征字和校驗字。所以需要制定一套合理的通信協(xié)議來協(xié)調總線的分時共用。這里采用的是數(shù)據(jù)包通信方式，通信數(shù)據(jù)是一幀或一包地發(fā)送，每包數(shù)據(jù)都有引導碼、長度碼、地址碼、命令碼、內容、校驗碼等局部組成。其中引導碼是用于同步每一包數(shù)據(jù)的引導頭；長度碼是這一包數(shù)據(jù)的總長度；命令碼是主機對分機(或分機應答主機)的控制命令；地址碼是分機的本機地址號；“內容〞是這一包數(shù)據(jù)里的各種信息；校驗碼是這一包數(shù)據(jù)的校驗標志，采用和校驗方式。為了可靠的工作，在RS-485總線狀態(tài)切換時需要做適當延時，再進行數(shù)據(jù)的收發(fā)。具體的做法是在數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)下，先將控制端置“1”，延時lms左右的時間，再發(fā)送有效的數(shù)據(jù)，一包數(shù)據(jù)發(fā)送結束后再延時lms后，將控制端置“0通訊速率快慢在我們通訊系統(tǒng)中是以波特率的上下來衡量。在選擇通訊系統(tǒng)時我們選擇的原那么是：距離短可以選擇較高的波特率，距離長那么選擇較低的波特率。當我們選擇較低的波特率時，如果發(fā)現(xiàn)比正常速度〔同樣波特率相比擬〕慢得多，很可能線路已受到干擾，數(shù)據(jù)校驗經常出錯，不斷重傳，造成通訊速度特慢，此時應檢查網絡是否采取本文所提到的抗干擾措施，同時還可以采取提高通訊波特率的方法，以快速通過線路的方式，減少干擾的影響。RS485是采用平衡式〔差分式〕線路，對同時出現(xiàn)在兩條信號線DATA+和DATA-的干擾有較強的抑制能力，當兩條線絞在一起時，對通訊各種分布參數(shù)耦合過來的干擾信號那么可平均地分配到這兩條線上，因此對RS485的平衡式線路而言，用雙絞線可獲得抗干擾能力。因此，建議采用無屏蔽的雙絞線，如果有條件可采用屏蔽雙絞線，但屏蔽線兩端要接好地，才有屏蔽效果。如果距離較短，可采用一般的線。如果線中有多股雙絞線，應采用其中一對雙絞線；如果距離較長時，網線的電阻不容無視，網線存在的電阻會使信號衰減，降低網絡通訊的可靠性。因此距離較長，應選用銅芯較粗的絞線，理論上講一根線兩端電阻不應超80Ω。報警電路組成：報警電路將揚聲器接于PNP三極管的發(fā)射極，在基極與集電極之間接有一個10K電感，基極電感為1K。電路如圖8所示：圖8報警電路〔2〕電路工作原理：紅外接收傳感器接收到反射回來的紅外光，通過光強轉換的電壓可判斷出可移動機器人與障礙物之間的距離，當可移動機器人與障礙物之間的距離到達危險距離時，通過軟件編程實現(xiàn)，由Atmega16單片機給報警電路的輸入口輸出一個電壓信號，這時PNP三極管導通，有電流流過揚聲器，使揚聲器發(fā)出報警信號。鍵盤(1)電路組成:我們將鍵盤設定為對下載數(shù)據(jù)進行復位,所以鍵盤輸入單元采用獨立式鍵盤，由3個按鍵組成，其中兩個按鍵與Atmega16芯片的PB5、PB6口相接，另一個按鍵與Atmega16芯片的RESET口相接。電路如圖9所示：圖9鍵盤〔2〕電路工作原理：鍵盤在下載出現(xiàn)問題或芯片需要復位時，可通過程序設定進行復位。電源1電路組成：該穩(wěn)壓電源由變壓電路、整流電路、濾波電路、和穩(wěn)壓電路四大局部組成。電路圖如圖10所示：圖10電源2電路工作原理：該電路為交直轉換電源電路，首先，由變壓器將市電220V交流電變成9V的交流電，再經單相橋式整流電路將交流電變?yōu)樗枰闹绷麟?，后再經濾波電路、7805穩(wěn)壓器把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流5V電壓輸出，供整個紅外測距模塊使用。3各局部的工作原理：單相橋式整流電路橋式整流電路如圖11所示，4個整流二極管組成一個電橋，變壓器的次級和電容C5分別接到電橋的兩個對角線的兩端，橋式整流工作原理當變壓器的次級處于正半周期時，二極管VD1、VD3導通，VD2、VD4截止，當變壓器的次級處于負半周期時，二極管VD2、VD4導通，圖11整流橋電路截止VD1、VD3，R1上所加電壓為U0，經整流后，電流由交流電變?yōu)橹绷麟?。以上分析可知，橋式整流電路的整流平均值比半波整流時增加1倍，即通過負載電阻的直流也增加1倍，即因為每兩個二極管串聯(lián)輪換半個周期，因此，每個二極管中流過的平均電流只有負載電流的一半，即整流二極管承受的最大反向電壓因為單相橋式整流電路在變壓器次級電壓相同情況下，輸出電壓平均值高，脈動系數(shù)小，雖然二極管用了4個，但小功率二極管體積小，價格低廉，因此全波橋式整流得到廣泛應用。濾波電路整流輸出的電壓是一個單方向脈動電壓，雖然是直流，但脈動較大，為了得到平滑的直流電壓波形，必須采用濾波電路，以改善輸出電壓的脈動性，常用的濾波電路有電容濾波、電感濾波、復式濾波等，此處采用電容濾波。單相半波整流電容濾波電路如下圖，由于電容兩端電壓不能突變，因而負載兩端的電壓也不會突變，使輸出電壓得以平滑，到達濾波目的。7805穩(wěn)壓電路通過整流濾波電路所獲得的直流電源電壓是比擬穩(wěn)定的，當電網電壓波動或負載電流變化時，輸出電壓會隨之改變。電子設備一般都需要穩(wěn)定的電源電壓。如果電源電壓不穩(wěn)定會引起直流放大器的零點漂移、交流燥聲增大、測量儀表的測量精度降低等。因此，必須進行穩(wěn)壓，目前，中小功率設備中廣泛采用的穩(wěn)壓電源有并聯(lián)型穩(wěn)壓電源、串聯(lián)型穩(wěn)壓電源、集成穩(wěn)壓電路及開關型穩(wěn)壓電路。在此電路中我們采用集成穩(wěn)壓器78057805穩(wěn)壓電路如圖12所示，型號7805穩(wěn)壓器中，78表示輸出為正電壓值，05表示輸出電壓的穩(wěn)定值。輸入端電容C3用來減小輸入電壓中的波紋。輸出端電容C4用來改善瞬態(tài)負載響應特性。因為要求輸出電壓為5V，所以選擇7805集成穩(wěn)壓器。圖127805集成穩(wěn)壓電路LED顯示說明電路組成：LED動態(tài)顯示電路如圖13所示，其控制字接口與Atmega16芯片的PA0~PA7管腳相接，其控制位接口與Atmega16芯片的PC0~PC3管腳相接。圖13LED動態(tài)顯示電路電路工作原理：單片機應用系統(tǒng)中常使用LED作為顯示器,在需多位LED顯示時,為了簡化電路,降低本錢,常將所有門的選線并聯(lián)在一起,由一個8位I/O口控制,而共陰(陽)I/O線受控制,實現(xiàn)各局部時選通。顯示單元由4個8段數(shù)碼管組成，為了減少整個系統(tǒng)的功耗，采用了由單片機軟件譯碼，動態(tài)顯示，實時顯示每個斷點到起點的距離以及整個運行過程的時間。在紅外測距系統(tǒng)中，我們采用LED共陽型接法，LED動態(tài)顯示可移動機器人與障礙物之間的距離，當可移動機器人移動時，隨著距離的變化，LED顯示值隨之變化。LED顯示首先應進行信號初始值標定，然后在運動過程中，LED1閃爍，正常工作時數(shù)碼管顯示數(shù)值，LED4指示燈每閃爍一次測距完成2個周期。3.3.8ATmega16單片機ATmega16芯片組成：芯片內部結構圖如圖14所示：圖14芯片內部結構圖〔2〕ATmega16芯片工作原理：本系統(tǒng)采用ATmega16單片機作為中央處理器。其主要任務是掃描鍵盤輸入的信號啟動機器人，在機器人行走過程中不斷讀取傳感器采集到的數(shù)據(jù)，將得到的數(shù)據(jù)進行處理后，根據(jù)不同的情況產生占空比不同的PWM脈沖來控制電機，同時將相關數(shù)據(jù)送顯示單元動態(tài)顯示，產生聲光報警信號。其中I/O分配如下表所示：引腳引腳分配PA0…PA7LED控制字PB5、PB6、PB7、RESET下載接口PB5、PB6、RESET鍵盤接口PC0…PC3LED控制位PC4發(fā)射電路接口PC5接收電路接口XTAL1反向振蕩放大器與片內時鐘操作電路的輸入端XTAL2反向振蕩放大器的輸出端PC6報警電路接口4紅外測距的軟件設計4.1系統(tǒng)軟件結構框圖在整個系統(tǒng)運行過程中。當紅外系統(tǒng)被啟動后，首先，對ATmega16單片機進行初始化。然后，當ATmega16單片機接收到紅外接收電路傳輸?shù)碾妷盒盘柡螅汚/D轉換程序，將片外的模擬信號轉換為單片機可識別的數(shù)字信號，并經電壓—距離轉換子程序，將變化的電壓轉換為距離。最后，在動態(tài)掃描LED顯示器上顯示出來。主程序流程圖及按鍵流圖如圖15和圖16所示。圖15主程序流程圖4.2各程序設計函數(shù)說明設定輸入/輸出引腳ATmega16單片機C口的8個端口作為數(shù)據(jù)輸出使用,同時將A口的PA0引腳設定為模擬電壓輸入,完成初始化工作。A/D轉換模塊ATmega16單片機采用中斷方式，ADC按自由模式工作，自第一次置位ADSC開始，ADC就連續(xù)不斷進行采樣轉換，數(shù)據(jù)更新。LED動態(tài)掃描顯示模塊,ATmega16單片機的PA4~PA7為數(shù)碼管的位控口，PC口為數(shù)碼管段碼控制口輸出，LED動態(tài)掃描顯示子程序鍵盤處理模塊將每個按鍵的一端接地，另一端除了連接到PB0、PB1、PB2端口外，還連接到了一個與非門上。當3個按鍵中任何一個按鍵按下時，與非門的輸出都為高電平，從而使單片機產生中斷。程序運行流程圖如圖16圖16按鍵流圖4.3誤差分析紅外傳感器由發(fā)送器和接收器兩局部組成，在發(fā)送器和接收器之間有一定的有限視場。傳感器只能檢測到那些位于發(fā)射器視場和接收器視場的交叉區(qū)域內的障礙物，因此，單個的紅外接近覺傳感器不可防止地存在多個盲區(qū)。大局部紅外接收器在檢測區(qū)域內有障礙物時輸出低電壓信號，反之輸出高壓信號。某些類型的物體有可能誤導紅外接收器，其中包括外表發(fā)亮的物體，光線吸收能力強的物體以及那些交叉局部太小以至于不能將足夠的紅外線從發(fā)送器反射至接收器的物體。如果采用多個紅外發(fā)送器和接收器就可以減少盲區(qū)的數(shù)量。由于發(fā)送器和接收器的價格都非常低，因此采用多套紅外傳感器是完全可行的。然而，無論實現(xiàn)過程如何完美，系統(tǒng)性能總會受到環(huán)境的影響。外表暗淡，光亮或者體積較小的物體都會經常使接收器產生漏報錯誤；如果陽光或者其他較強的光線照射在接收器上，有可能會使內部器件處于飽和狀態(tài)，從而也會導致傳感器發(fā)生漏報情況。通常情況下，紅外傳感器很少產生誤報錯誤。在系統(tǒng)正常情況下，所出現(xiàn)的誤報錯誤通常來源于其他一些意想不到的紅外噪聲信號。例如：日光燈。原那么上來講，接收器無法判斷其輸出信息是否可靠；然而，如果接收器輸出的障礙存在信號持續(xù)時間過短，完全可以認為這是噪聲假信號造成的。結論立定跳遠測距系統(tǒng)的研究與開發(fā)綜合了單片機系統(tǒng)設計技術與紅外傳感技術等多方面知識的綜合運用。系統(tǒng)的整體設計方案是合理可行的。本論文在用戶需求分析的根底上，研究國內外當前同類產品的設計方案，確定系統(tǒng)應具有的根本功能，進而選取合理的紅外線發(fā)光二極管的設計方案，整個分析過程集思廣益，對問題認真分解分析、總結歸納，使各個局部的優(yōu)勢得到了充分的發(fā)揮。系統(tǒng)合理選擇硬件電路類型，以AVR單片機為核心，配合外部硬件電路，實現(xiàn)立定跳遠紅外測距功能。軟件系統(tǒng)采用了模塊化和結構化的設計思想，提高效率，可移植性強，對軟件應實現(xiàn)的功能、程序結構進行了分析，完成了系統(tǒng)主程序和各子程序的流程。在軟硬件的根底上本系統(tǒng)還考慮了搞干擾設計，盡量使系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，并易于檢修。謝辭經過幾個月的查資料、整理材料、寫作論文，今天終于可以順利的完成論文的最后的謝辭了，想了很久，要寫下這一段謝詞，表示可以進行畢業(yè)辯論了，自己想想求學期間的點點滴歷歷涌上心頭，時光匆匆飛逝，四年多的努力與付出，隨著論文的完成，終于讓學生在大學的生活，得以劃下了完美的句點。論文得以完成，要感謝的人實在太多了，首先要感謝楊志剛老師，因為論文是在楊老師的悉心指導下完成的。楊老師淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴以律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。本論文從選題到完成，每一步都是在楊老師的指導下完成的，傾注了楊老師大量的心血。楊老師指引我的論文的寫作的方向和架構，并對本論文初稿進行逐字批閱，指正出其中誤謬之處，使我有了思考的方向，他的循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪，他的嚴謹細致、一絲不茍的作風，將一直是我工作、學習中的典范。在此，謹向楊老師表示崇高的敬意和衷心的感謝！謝謝楊同時，論文的順利完成，離不開其它各位老師、同學和朋友的關心和幫助。在整個的論文寫作中，各位老師、同學和朋友積極的幫助我查資料和提供有利于論文寫作的建議和意見，在他們的幫助下，論文得以不斷的完善，最終幫助我完整的寫完了整個論文。另外，要感謝在大學期間所有傳授我知識的老師，是你們的悉心教導使我有了良好的專業(yè)課知識，這也是論文得以完成的根底。參考文獻[1].宗光華等編著《機器人的創(chuàng)意設計與實踐》[M].北京航空航天大學出版社2004[2].曲波肖圣兵呂建平編著《工業(yè)常用傳感器選型指南》[M].清華大學出版社2002[3].美]邁克.普瑞德科編著《機器人控制器與程序設計》[M].科學出版社2004[4].陳鴻茂編著《常用電子器件簡明手冊》[M].中南礦業(yè)大學出版社2001[5].張福學編著《實用傳感器手冊》[M].電子工業(yè)出版社1988[6].何信龍李雪銀，PIC16F87X快速上手[M].清華大學出版社，2002[7].何希才薛永毅編著《傳感器及其應用實例》[M].機械工業(yè)出版社2001[8].袁希光編著《傳感器技術手冊》[M].國防工業(yè)出版社1989[9].劉迎春葉湘濱編著《傳感器原理設計與應用》[M].國防科技大學出版社2004[10]王建華，逢玉臺.MAX7219原理及其應用[J].電子技術，2003，12：36～39.[11]胡奕明.串行LED顯示驅動器MAX7219及其應用[J].現(xiàn)代電子技術，2001，5：28～30.[12]佟云峰.時鐘芯片DS12887在單片機系統(tǒng)中的應用[J].昆明冶金高等?？茖W校學報，2001，17(2)：44～46.[13]劉晨光，劉麗丹.烘干房多點溫度巡檢系統(tǒng)[J].電氣自動化，1999，增刊：23～24.[14]劉秋艷，劉景文，胥寶萍.Protel99SE電路設計[M].北京：中國鐵道出版社，2005，7.[15].KimEJ,YanagidaY,HaruyamaT,etal.Immunosensing.systemfora-fetoproteincoupledwithadisposableamperometricglucoseoxidasesensor&actuatorsB,2001.[16]孫涵芳．Intel16位單片機．[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004：134～140[17]FanXu,OnDesigningHigh-PerformanceSignalProcessingAlgorithmsforaRing-StructuredMultiprocessor,Mich.:UMI,2002：12～15附錄1系統(tǒng)電路原理圖附錄2局部程序原代碼主程序模塊/*****************************************************************///projection://AuthorName://Lastmodifytime:2007-6-2015:18:53//TargetIC:M16//Crystal:8.0000Mhz/******************************************************************//********************頭文件引用********************************/#include<iom16v.h>#include<macros.h>/*************定義引申變量類型**********************************/#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint/********************系統(tǒng)常量定義******************************/……………………./**********************定義結構體******************************/……………………./*******************定義全局變量*******************************/……………………/*******************定義函數(shù)************************************/…………………….voidmain(){port_inits();uart0_init();LEDSCAN();ad_handler();ADMUX=0x00;//選擇第0通道ADCSR=0x86;//采用單次轉換模式，64分頻ADCSR|=BIT(ADSC);//啟動一次啞轉換SREG=0x80;//開中斷ADCSR|=BIT(ADSC);//啟動一次轉換keyint();DDRB&=~BIT(PB0);//設置鍵盤輸入，無上拉DDRB&=~BIT(PB1);DDRB&=~BIT(PB2);GIMSK=0x40;//開外部中斷0MCUCR=0x30;//設置上升中斷觸發(fā)SREG=0x80;//開中斷while(1)//等待中斷{KEYPRESSED();WDR();}}/**************************端口初始化**************************/Voidport_init(void){ //端口A DDRA=0x07; PORTA=0xFF;//端口B DDRB=0xF7; PORTB=0xFF;//端口C DDRC=0x00; PORTC=0xFF;//端口D DDRD=0x07; PORTD=0xFF;}/**************************定時器/計數(shù)器初始化*****************/voidtimer2_init(void){ TCCR2=0x00; //停止 ASSR=0x00; //設置異步模式 OCR2=0x7D; TCCR2=0x04; //開始}/**************************啟動A/D轉換*********************/#pragmainterrupt_handlertimer2_ovf_isr:5voidtimer2_ovf_isr(void){ TCNT2=0x83;//加載計數(shù)值 delay_counter++; //用于毫秒級延時 pwm_ctrler(&l_trap,&r_trap);}/*********************模擬轉換完成中斷************************/#pragmainterrupt_handlerad_handler:15voidad_handler(void){addata=ADC>>2;PIRTB=addata;ADCSR|=BIT(ADSC);//啟動下一次轉換}/********************LED動態(tài)掃描顯示**********************/VoidLEDSCAN(*disdata){P