基于单片机的红外测距专业系统设计开题报告.doc

武汉大学珞珈学院本科生毕业论文（设计）开题报告
论文题目：基于单片机红外测距系统设计
系：电子信息科学系 学号： 0802041 姓名： 钱源
一、论文选题目和意义
红外线是不可见光，是电磁波一种形式，可以用来进行距离测量，其应用历史可以追溯到上世纪60年代。当代科学技术发展进入了许多新领域，而在测距方面先后浮现了激光测距、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激光束探测物体距离。由于受恶劣天气、污染等因素影响，使反射激光束在一定功率上探测距离比也许探测最大距离减少一半左右，损失很大，影响探测精准度；微波雷达测距技术为军事和某些工业开发采用装备和振荡器等电路某些价格昂贵，当前几乎还没有开拓民用市场；超声波测距在国内外已有人做过研究，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，具备光波基本物理传播特性—反射、折射、散射等，且由于其技术难度相对不太大，构成测距系统成本低廉，性能优良，便于民用推广。此外红外测距应用越来越普遍。在诸多领域都可以用到红外测距仪。红外测距普通具备精准度和辨别率高、抗干扰能力强、体积小、重量轻等长处，因而应用领域广、行业需求众多，市场需求空间大。
红外测距研究就非常故意义了。红外线测距仪指就是激光红外线测距仪,红外测距仪----用调制红外光进行精密测距仪器，测程普通为1-5公里。在100米以内则超声波测距更有优势,但是超声波测距距离普通无法测量1米以内,而红外测距则可以这一段距离局限性,并且有着不错精度,在本课题中研究就是这一类状况红外线测距。
二、 国内外关于该论题研究现状和发展趋势
（1） 国内：
依照《国内近年来红外光电测距仪发展状况》，随着国家对外开放政策实行和测量工作需要,近年来国内某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,国内关于工厂和院校近年来也研制出某些产品。由于微解决机在国产测距仪上应用,大大缩小了仪器体积,同步也减少了出故障几率,使得国产测距仪性能和质量都较过去有很大提高。在国家“六·五”筹划攻关中,常州第二电子仪器厂研制DCHZ型多功能红外测距仪就是一种较好例证。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以为:该仪器外型美观、体积小、重量轻、操作以便、精度高和性能稳定,并通过国家关于部门组织鉴定。当前已开始小批量试生产。 在进行侧距仪研制同步,国家关于部门也组织力量对红外光电测距仪检测办法进行研究。
（2） 国外：
国外红外测距仪技术领先，产品齐全，性能比较稳定，市场需求量大，测量精度高，测量误差小。
（3） 红外测距仪发展趋势
以来，随着政府刺激内需政策效应逐渐显现以及国际经济形势好转，红外测距仪下游行业进入新一轮景气周期从而带来红外测距仪市场需求膨胀，红外测距仪行业销售回升明显，供求关系得到改进，行业赚钱能力稳步提高。同步，在国家“十二五”规划和产业构造调节大方针下，红外测距仪面临巨大市场投资机遇，行业有望迎来新发展契机。
当前红外测距仪发展趋势是向测量更安全、测量精度高、系统能耗小、体积小型化方向发展而随着微电子学日益发展，红外测距仪向着小型化，多功能，高精度，长测程方向不断改进，新产品层出不穷。激光红外线测距仪广泛用于地形测量，战场测量，坦克，飞机，舰艇和火炮对目的测距，测量云层、飞机、导弹以及人造卫星高度等。它是提高高坦克、飞机、舰艇和火炮精度重要技术装备。由于激光红外线测距仪价格不断下调，工业上也逐渐开始使用激光红外线测距仪，可以广泛应用于工业测控、矿山、港口等领域。
三、论文主攻方向、重要内容、研究办法及技术路线
1.主攻方向：
（1）红外测距测量精度
（2）红外测距测量距离
2.重要内容：
红外传感器测距基本原理为红外发射电路红外发光管发出红外光，由红外接受电路光敏接受管接受发射光。依照发射光强弱可以判断所测距离，由于接受管接受光强是随与发光管距离变化而变化，因而，距离近则接受光强，距离远则接受光弱。
详细控制办法如图3.1所示，红外模块输出发出并接受到红外线信号；AD转换模块将接受到模仿信号装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,再由软件进行鉴别、计算，得出距离数并送LED/LCD显示。

图3.1 反射能量法原理
3.研究办法和技术路线：
3.1红外测距系统基本构造
该系统重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显示电路等构成。其构成框图如图3.2所示：

图3.2 红外测距系统基本构造

3.2红外收发模块

红外发送管是用于发送信号,通过障碍物将信号反射,红外接受管接受到反射回来信号,然后依照信号强弱将相应电压值显示在显示模块上,并将此时距离记录。然后整治程序，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受管接受信号强度相应距离值。

图3.3 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MCP3001IN+，GND接地线。GP2Y0A02YK0F测量范畴在20cm-150cm之间，测量误差不大于0.5cm。是一种距离测量传感器单元，PSD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。由于采用三角测量办法，各种物体反射率，对环境温度和工作时间距离检测不容易产生影响。这个装置输出相应于该电压检测距离。因此这种传感器还可以用来作为接近传感器。
3.3 A/D转换模块
A/D 转换器按照转换原理可分为直接A/D 转换器和间接A/D 转换器。所谓直接A/D 转换器，是把模仿信号直接转换成数字信号，如逐次逼近型，并联比较型等。其中逐次逼近型A/D 转换器，易于用集成工艺实现，且能达到较高辨别率和速度，故当前集成化A/D 芯片采用逐次逼近型者多；间接A/D 转换器是先把模仿量转换成中间量，然后再转换成数字量，如电压/时间转换型（积分型），电压/频率转换型，电压/脉宽转换型等。 其中积分型A/D 转换器电路简朴，抗干扰能力强，切能作到高辨别率，但转换速度较慢。 有些转换器还将多路开关、基准电压源、时钟电路、译码器和转换电路集成在一种芯片内，已超过了单纯A/D 转换功能，使用十分以便。

图3.4 protues中MCP3001接线图
如图3.4所示，mcp3001VREF接vcc，IN+接GP2Y0A02YK0F红外测距传感器Vo，CLK接单片机上P2.2，DO接单片机上P2.1，CS接单片机上P2.0。
MCP3001具备片上采样和保持电路10位逐次逼近型A/D转换器（ADC）,逐次逼近型A/D转换器工作原理是将待换模仿输入信号与一种推测信号进行比较，依照两者大小决定增大还是减小输入信号，以便向模仿输入信号逼近。推测信号由D/A转换器输入数字信号就相应时模仿输入量数字量。这种A/D转换器普通速度不久，但精度不高。A/D转换器重要性能指标中以辨别率和转换速率最为重要，辨别率越高，就能把满量程里电平分出更多份数，得到转换成果就越精准，得到数字信号再用DAC转换回去就越接近原输入模仿值（10位ADC能辨别210次方）。MCP3001辨别率：10位ADC能辨别出满刻度1/1024.MCP3001转换速率：速度不久。由上可知，MCP3001性能相比其她ADC要好诸多。
3.4LCD显示模块
LCD与单片机接口电路如图3.5所示，单片机P0分别接D1-D7，同步接上排阻，而在排阻另一端接上vcc。单片机上P2.5接E，P2.6接RW，P2.7接RS，单片机通过P0口向LCD输送数据，显示测得距离。值得注意是，P0口要接上拉电阻来保证对LCD成功驱动。

图3.5 protues中LCD显示模块

3.5 AT89C52单片机概述
单片机是在集成电路芯片上集成了各种组件微型计算机，这些组件涉及中央解决器CPU、数据存储器RAM、程序内存ROM、定期/计数器、中断系统、时钟部件集成和I/O接口电路。由于单片机具备体积小、价格低、可靠性高、开发应用以便等特点，因而在当代电子技术和工业领域应用较为广泛，在智能仪表中单片机是应用最多、最活跃领域之一。在控制领域中,现如今人们更注意计算机底成本、小体积、运营可靠性和控制灵活性。在各类仪器、仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试自动化限度和精度，提高计算机运算速度，简化仪器仪表硬件构造，提高其性能价格比。

图3.6 AT89C52单片机最小系统
当在AT89C21单片机RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作（若该引脚持续保持高电平，单片机就处在循环复位状态）。复位电路普通采用上电自动复位和按钮复位两种方式。最简朴上电自动复位电路中上电自动复位是通过外部复位电路电容充电来实现。只要VCC上升时间不超过1ms,就可以实现自动上电复位。时钟频率用6MHZ时C取22uF,R取1KΩ。除了上电复位外，有时还需要按键手动复位。本设计就是用按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过RST端通过电阻与电源VCC接通而实现。最小系统如图3.6所示。

四、论文工作进度安排
1．2 月 1 日—2 月 23 日 ，审题，查阅有关资料完毕开题报告
2．2 月 23 日—3 月 8 日 ，根据有关资料进行毕业设计
3．3 月 8 日—4 月 10 日 ，写毕业设计报告
5．4 月 10 日—5 月 2 日 ，撰写论文
6．5 月 3 日—5 月 17 日 ，论文修改、答辩准备
7．5 月 ，答辩

五、论文重要参照文献
[1] 张明峰，《PIC单片机入门与实战》，北京航空航天大学出版社
[2] 窦振中，《PIC单片机应用设计与实例》，北京航空航天大学出版社
[3] 谢自美，电子线路综合设计，华中科技大学出版社，-6
[4] 康华光，《电子技术基本：模仿某些（第五版）》,高等教诲出版社，
[5] 潘永雄，沙河．电子线路CAD实用教程[M]．西安：西安电子科技大学出版社：．
[6] 51单片机C程序设计100例．
[7] 康华光主编．电子技术 基本[M]．第四版．北京：高等教诲出版社，1999
[8]《单片机原理与应用》实验．武汉大学珞珈学院
[9]《一种红外线测距技术探讨》
[10]《红外测距传感器原理与设计最后版》
[11] 刘坤，《51单片机典型应用开发范例大全》 中华人民共和国铁道出版社
[12] 彭伟，《单片机C语言程序设计实训—基于8051+Proteus仿真》电子工业出版社
[13] 薛小玲、刘志群、贾俊荣编著《单片机接口模块应用于开发实例详解》 北京航空航天大学出版社
[14] 谭浩强,著《C程序设计》（第三版） 清华大学出版社
[15] 何桥、段清明、邱春玲编著《单片机原理及应用》 中华人民共和国铁道出版社
[16] 曲波 肖圣兵 吕建平编著《工业惯用传感器选型指南》 清华大学出版社
[17] 陈鸿茂编著《惯用电子器件简要手册》 中南矿业大学出版社

指引教师签名： 年 月 日