基于单片机的红外测距专业系统设计.doc

保密类别      编号 0802041 

武汉大学珞珈学院

毕 业 论 文

基于单片机红外测距系统设计

系 别 电子信息科学系
专 业 通信工程
年 级 10级02班
学 号 0802041
姓 名 钱源
指引教师 崔黎

武汉大学珞珈学院
年5 月22 日
摘　　要
当代科学技术发展，进入了诸多新领域，而在测距方面先后浮现了激光测距、微波雷达测距、超声波测距及红外光测距。为了实现物体近距离、高精度无线测量而采用了红外发射接受模块作为距离传感器，单片机作为解决器，编写A/D转换和显示程序，完毕了一套便推式红外距离测量系统，系统可以高精度实时显示所测距离，本系统构造简朴可靠、体积小、测量精度高、以便使用。
红外测距探测距离较短，普通在几十厘米之内，本文简介一种基于AT89C52单片机设计红外测距仪，可以测量距离。
一方面，在绪论中，简介了红外线及红外传感器分类和应用、AT89C52单片机应用与阐明以及MCP3001芯片简介。另一方面，阐述了与红外测距工作原理基本构造，对红外测距传感器也做了详细阐明。再次，简介了红外测距硬件设计和软件设计。
在硬件设计中，简介了红外测距实现构想，给出红外测距硬件电路原理图，并阐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单片机管脚分派。在软件设计中，阐明了整个程序流程及各程序设计函数。最后，是对整个设计结论，阐明了红外测距实现可行性。

核心词： 红外测距 A/D转换 实时显示 红外线 单片机

目 录
第1章 绪论 1
1.1 课题研究背景和意义 1
1.2 本课题研究热点及发呈现状 2
1.3 本课题研究目 2
1.4 本课题研究内容 3
第2章 红外测距工作原理与基本构造 4
2.1.方案及设计思想： 4
2.2 红外测距系统基本构造 5
第3章 红外测距硬件设计 6
3.1红外收发模块 6
3.2 A/D转换模块 7
3.3 LCD显示模块 11
3.4 AT89C52单片机概述 12
3.5整个红外测距系统显示 16
第4章 红外测距软件设计 18
4.1 程序流程图 18
第5章 系统软硬件调试 20
5.1 硬件调试 20
5.2 软件调试 20
5.3测试成果绘图 20
5.4 调试中遇到问题 22
结 论 23
参照文献 24
附录 25
后 记 32

第1章 绪论
红外线（Infrared）是波长介乎微波与可见光之间电磁波，其波长在760纳米（nm）至1毫米（mm）之间，是波长比红光长非可见光。所有高于绝对零度（-273.15℃）物质都可以产生红外线。当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，太阳热量重要通过红外线传到地球。它波长介于可见光和微波之间，范畴大体在0.75M~1000M频谱范畴之内。相相应频率在4~3HZ之间，红外线可分为三某些，即近红外线，近红外线波长范畴为0.77M~3M，中红外线波长范畴为3M~30M，远红外线波长范畴为30M~1000M。
红外光具备反射、折射、散射、干涉、吸取等特性。它能所有吸取投射到它表面红外辐射物体称为黑体；能所有反射物体称为镜体；能某些反射、某些吸取物体称为灰体。严格地来讲，在自然界中，不存在黑体镜体和透明体。
1.1 课题研究背景和意义
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，当前还没有开拓民用市场；超声波测距在国内外已有诸多人做过研究，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。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,而红外测距则可以测出这一段距离,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。

1.2 本课题研究热点及发呈现状
常用红外传感器可分为热传感器和光子传感器。依照《国内近年来红外光电测距仪发展状况》，由于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,大大缩小仪器体积,同步也减少出故障几率,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。当前已经开始小批量试生产。 在进行侧距仪研制同步,国家关于部门也组织大量力量对红外光电测距仪检测办法进行研究。

一、热传感器
热传感器是运用入射红外辐射引起传感器温度变化，进而使关于物理参数发生相应变化，通过测量关于物理参数变化来拟定红外传感器所吸取红外辐射。
热探测器重要长处是相应波段宽，可以在室温条件下工作，使用简朴。但是，热传感器相应时间较长，敏捷度较低，普通用于低频调制场合。
热传感器重要类型有：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
光子传感器是运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。通过测量电学性质变化，可以懂得红外辐射强弱。运用光子效应所制成红外传感器，统称光子传感器。光子传感器重要特点是敏捷度高，响应速度快，具备较高响应频率。但由于其普通要在低温下工作，导致探测波段较窄。
按照光子传感器工作原理，普通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 本课题研究目
咱们所进行课题便是做一种简易，精准，近距离距离检测仪，这也是对咱们所学知识一种考验办法，从中咱们可以更系统结识单片机，理解AD转换和红外收发模块。
1.4 本课题研究内容
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，红外接受电路光敏接受管接受发射光，依照发射光强弱判断出所测距离。由于接受管接受光强度是随着发光管与测量物距离变化而变化，因而，与测量物距离近则接受光强，距离远则接受光弱。
详细办法如图1所示，红外模块发出并接受到红外线信号；AD转换模块将接受到模仿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,再由软件进行鉴别、计算，得出距离数并送给LED/LCD显示。
单片机
红外模块
AD模块
电压距离公式
显示模块

图1.1 反射能量法原理
第2章 红外测距工作原理与基本构造
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受管接受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。

AT89S52

红外模块
时间差
距离S=c*t
显示距离

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，然后用红外接受管接受信号，将接受信号强度通过AD转换，录入单片机中显示出来，并将相应距离记录下来。完毕一段范畴内测量，将所记录下数据写入单片机中，然后便可进行测量距离了。原理图如图2.2所示。
显示距离

AT89S52
红外模块

实验资料

图2.2 反射能量法原理
光衰减是呈线性关系，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是光走过路程，e是自然对数底数。ε是光子能量，Iε就是光束能量。 规定得耗损能量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。但是，10cm衰减是很弱，可以忽视。
方案比较：通过以上两种方案分析，咱们可以看到方案一误差很大，由于红外装置测距离比较近，而光速不久，因而回馈到单片机中时间很短，单片机很难测出精确时间并精确解决，而在普通状况下光速不太精确，因而误差较大，并且依照距离=光速*时间，要想测10米时间至少要精准到0.0000001s，显然用单片机是很难做到。方案二是先将实验数据录入单片机中，因而在测量时存在误差就会相对较小，综合考虑，选取方案二可行。

2.2 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2.3所示：
图2.3 红外测距系统基本构造
第3章 红外测距硬件设计
3.1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,并将此时距离记录下来。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。

GP2Y0A02YK0F 红外测距传感器 20-150cm

图3.1 红外传感器构造图 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。

推荐工作条件：

参数
符号
条件
级别
单位
电源电压
Vcc

4.5-5.5
V
表3.1 红外传感器参数

绝对最大额定值：
表3.2 红外传感器参数
参数
符号
级别
单位
电源电压
Vcc
-0.3〜+7
V
输出端电压
Vo
-0.3〜+0.3
V
工作温度
ŦOPR
-10到+60
℃
储存温度
ŦSTG
-40到+70
℃

3.2 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 转换器两种类型。直接A/D 转换器，就是把模仿信号直接转换成数字信号，例如逐次逼近型。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，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，并且能做到高辨别率，但是转换速度较慢。 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，已经远超过了单纯A/D 转换功能，使用十分以便。
A/D 转换器转换原理:
一种完整A/D转换过程中，必要涉及取样、保持、量化与编码等路。
取样与保持
由于取样时间极短，取样输出为一串断断续续窄脉冲。要把每个取样窄脉冲信号数字化，需要一定期间。因而在两次取样之间，应将取样模仿信号暂时储存直到下个取样脉冲到来，咱们把这个动作称之为保持。
在模仿电路设计中，需要增长一种取样-保持电路。为了保证对的转换，模仿电路要保存着尚未转换数据。

量化与编码
量化与编码电路是A/D转换器核心构成某些，量化办法：
先取最小量化单位Δ=U/2n，当输入模仿电压U在0~Δ之间时，则归入0Δ，当U在Δ~2Δ之间时，则归入1Δ。如果量化单位Δ=2U/(2 n+1–1)，当输入电压U在0～Δ/2之间时，归入0Δ，当U在Δ/2~3/2Δ之间时，就要归入1Δ。
辨别率
辨别率(Resolution) 指数字量变化一种最小量时模仿信号变化量,定义为满刻度与2n比值。辨别率又称精度,普通以数字信号位数来表达。位数越高，辨别率就越高。若不大于最小变化量输入模仿电压任何变化，将不会引起输出数字值变化。
不需要辨别率高场合，所得到到就大多是噪声。
辨别率太低，就会有无法取样到所需信号。
转换速率
转换速率(Conversion Rate)是指完毕一次从模仿转换到数字AD转换所需时间倒数。为了保证转换对的完毕,采样速率(Sample Rate)必要不大于或等于转换速率。
转换时间
转换时间是指A/D转换器完毕一次A/D转换所需时间。
从启动信号开始到转换结束并得到稳定数字输出值为止时间间隔。转换时间越短，转换速度就越快。
精准度
对于A/D转换器来说，精准度指是在输出端产生所设定数字数值，相对精准度指是满刻度值校准后来，任意数字输出所相应实际模仿输入值与理论值之差。
对于线性A/D转换器，其相对精准度就是它线性限度。由于电路制作上影响，会产生像是非线性误差，或是量化误差等减低相对精准度因素。
MCP3001特性：
10位辨别率
1 LSB DNL(最大值)
1 LSB INL(最大值)
片上采样和保持电路
SPI 串行接口
单电源供电电压范畴:2.7V至5.5V
5V时采样速率为200 ksps
2.7V时采样速率为75 ksps
低功耗CMOS技术
一5 nA典型待机电流，2 A(最大值)
一5V时，工作电流最大值为500 A
8引脚PDIP， SOIL， MSOP和TSSOP封装
阐明：
MicrochipMCP3001，是一款具备片上采样和保持电路10位逐次逼近型A/D转换器（ADC）。该器件提供一种伪差分输入通道:指定差分非线性( DNL) 和积分非线性(INL)最大值为1 LSB。它使用符合SPI合同简朴串行接口与器件通信。当时钟速率为2.8 MHz时，该器件采样速率最大数值可为200 ksps。MCP3001器件工作电压范畴很宽，为2.7V一5.5V 。低电流设计容许器件在典型待机电流为5 nA和典型工作电流为400A条件下工作。该器件以8引脚PDIP，MSOP，TSSOP和150 mil SOIL封装形式提供。

图3.3 MCP3001引脚图 图3.4 protues中MCP3001接线图

表3.3 MCP3001引脚
名称
功能

2.7至5.5V电源

地线
IN+
正模仿输入
IN-
负模仿输入
CLK
串行时钟

串行数据输入
CS/SHDN
片选输入/关闭

基准电压输入
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。

3.3 LCD显示模块

图3.5 protues中LCD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。
LCD1602已很普遍了，可以很以便地应用于市面上大某些字符型液晶。字符型LCD普通有14条引脚线或l6条引脚线LCD,多余来2条线是背光电源线Vcc(（15脚)和地线GND（16脚 )，其控制原理与14脚LCD完全同样，定义如下表所示:
表3.4 LED引脚功能
引脚号
引脚名
电平

输入/输出
作用
1
vss

电源地

2
Vcc

电源（+5v）
3
Vee

对比电压调节
4
RS
0/1
输入

0=输入指令
1=输入指令
5
R/W
0/1
输入

0=向LED写入指令或数据
1=从LED读取信息

6
E
1，1→0
输入

使能信号，1时读取信息，1→0（下降沿）执行指令

3.4 AT89C52单片机概述
单片机是在集成电路芯片上集成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接口等电路。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中应用较为广泛，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。
AT89C52单片机时钟信号普通是由两种方式产生：一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。在AT89C52单片机内部有一振荡电路，只要在单片机XTAL1和XTAL2引脚外接晶振，就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。电容作用是稳定频率和迅速起振，电容值在5-30pF之间，典型值为30pF。晶振CYS振荡频率范畴在1.2-12MHz间选取，典型值为12MHz和11.0592MHz。
当在AT89C21单片机RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时候，单片机内部就执行复位操作（若该引脚持续保持高电平，单片机就会处在循环复位状态）。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，有时候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接通来实现。最小系统如图3.6所示。

图3.6 AT89C52单片机最小系统

AT89C52单片机原则功能
AT89C52是美国Atmel公司生产低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含8KB可重复擦写程序内存和12B随机存取数据存储器（RAM），器件采用Atmel公司高密度、非易失性存储技术生产，兼容原则MCS-51指令系统，片内配备通用8位元中央解决器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C52单片机可灵活应用于各种控制领域中。

AT89C52各引脚功能：
(1) VCC:电源
(2) GND:地
(3) P0口：P0口是一种8位漏极开路双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。
(4) P1口：P1 口是一种具备内部上拉电阻8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。
表4-1 P1口第二功能
引脚号
第二功能
P1.0
T2（定期器/计数器T2外部计数输入） ，时钟输出
P1.1
T2EX（定期器/计数器T2捕获/重载触发信号和方向控制）
P1.5
MOSI（在系统编程用）
P1.6
MISO（在系统编程用）
P1.7
SCK（在系统编程用）

(5) P2 口：P2 口是一种具备内部上拉电阻 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动 4个TTL 逻辑电平。
(6) P3 口：P3 口是一种具备内部上拉电阻8位双向 I/O口，对 P3 端口写“1”时，可以作为输入口使用。P3口可作为AT89C51第二功能使用，如表3.5所示。
表3.5 P3口第二功能
引脚号
第二功能
P3.0
RXD（串行输入）
P3.1
TXD（串行输出）
P3.2
INT0(外部中断 0)
P3.3
INT0(外部中断 0)
P3.4
T0（定期器0外部输入）
P3.5
T1（定期器1外部输入）
P3.6
WR(外部数据存储器写选通)
P3.7
RD(外部数据存储器写选通)
(7) RST：复位输入。当输入持续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完毕单片机单片机复位初始化操作。
(8) ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低 8 位地址输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。
(9) PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。
(10) EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号
(11) XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路输入端。
(12) XTAL2:振荡器反相放大器输出端。

3.5整个红外测距系统显示
整个红外测距系统由AT89C52芯片、红外距离传感器、复位电路、时钟电路、A/D转换电路与LCD显示屏构成。硬件构造电路图如图3.7所示：

图3.7 protues中整体系统
单片机AT89C52左端分别接了时钟电路和复位电路，这是单片机最小系统。XTAL1和XTAL2串连一种晶振，并且分别接上一种20p电容，两个电容另一端都接地，构成时钟电路。RST同步接上100p电容，4脚按键，1k电阻，4脚按键另一端接上一种1k电阻再与100p电容并联接VCC，1k电阻另一端则接地，构成复位电路。
单片机AT89C52右端P0端同步接LEDD1-D7端口和排阻，P2.0接CLK，P2.1接DO，P2.2接CS，P2.5接E，P2.6接RW，P2.7接RS。
MCP3001VREF接vcc，IN+接红外距离传感器Vo。
第4章 红外测距软件设计
4.1 程序流程图
在整个系统运营过程中。当红外系统被启动后，一方面，对AT89C52单片机进行初始化。然后，当AT89C52单片机接受到红外接受电路传播电压信号后，经A/D转换程序，将片外模仿信号转换为单片机可辨认数字信号，并经电压—距离转换子程序，将变化电压转换为距离。最后，在动态扫描LCD显示屏上显示出来。主程序流程图如图4.1所示。

图4.1 程序流程图
红外测距系统软件设计重要由主程序，延时函数，显示程序函数构成。
程序开始，红外测距主程序第一步将显示屏1602初始化,并显示测量开始,第二步导入延时程序,并显示程序,显示电压和距离。另一方面子函数调用，读MCP3001函数并转换函数得出电压值,再调用距离计算函数,得出距离值。此时主函数中显示函数会将电压和距离显示出来，程序就此结束。
此程序中多次使用调用子函数，读MCP3001函数，距离计算函数，算术平均滤波程序构成AD值采集和计算；LCD忙标志判断函数，写数据子函数，写命令子函数，显示数据调节函数，字符串显示函数，显示子函数构成显示函数；1602初始化函数，LCD清屏函数则构成清屏函数。
但是完毕程序并不是一次就能成功，一方面要先将AD采集程序写入单片机中,进行实验,将固定距离所采集到信号强度记录下来,然后将相应数据加入程序中,最后通过红外模块进行测量,便可显示出相应距离值，主程序是整个程序基本，也是核心。此时距离计算函数才算完毕，距离计算函数实际就是测量时得出距离电压关系，咱们反过来先拿出距离再得出电压，举例来说，用卷尺量1米距离，再用红外测距系统来量1米距离，这时相应1米距离电压记下来。依照这个办法把其他各个距离电压记下来，把这个相应关系变成计算距离函数，再测距时就可以依照这个函数来得出距离了。
第5章 系统软硬件调试
5.1 硬件调试
红外测距仪制作为了使信号稳定，最佳给输入电源加上一种滤波电路，否则显示屏上有闪烁，不稳定，会增长误差，但总体来说不影响成果。在本次设计中，主控模块是非常重要某些，它不但是本次设计核心，在本次硬件调试中也遇到了问题，接上电源时候，显示屏不亮，没有任何显示，于是我做了如下工作：
(1)检查电源与否通电，发现批示灯亮着；
(2)编程使P1为低电平，检查到P1输出为低；
(3)检查P0口未接上拉电阻，接上显示屏发亮了。
在本次硬件调试中还遇到了显示屏出显示，但显示有很大问题，调节距离后，显示还是不变，检查后发现mcp3001与vcc没接好，或CS，DO，CLK与单片机接触不良。
5.2 软件调试
硬件电路制作完毕并调试好后，便可将程序编译好下载到单片机试运营。依照所设计电路参数和程序，测距仪能测范畴为20cm～150cm，测距仪最大误差不超过0.5cm。系统调试完后对各个距离进行多次测量，与预定值进行比较，对测量误差进行多次实验分析，不断调节器件和修改程序使其达到实际使用测量规定。
为了更以便理解电压与距离之间关系，我将程序做了些许修改，在显示距离基本上再把电压也显示出来了，这样成果一目了然。由于电压与距离之间关系不是线性关系，所用用函数来表达会有误差，于是我将此函数修改，重新测量，每个距离相应电压记录下来输入程序，如此一来，测试更加精确，误差更小了。
5.3测试成果绘图
图5.2是红外距离传感器GP2Y0A02YK0F电压距离关系图，图中所测电压相应不同距离值，图中横坐标代表距离，纵坐标是距离电压值，单位是cm。从图中可以看出，电压与距离并不是线性关系，而是一条相对平滑曲线。因而成果不一定十分精确，接近此图即可。最后红外测距系统可以实现20-150cm近距离测量，测量误差为0.5cm,可以计算出被测物体距离。在测量距离精度方面，尚有待于改进。

图5.1 GP2Y0A02YK0F电压距离关系图

表5.1 电压距离关系
电压v
2.89v
1.94v
1.47v
1.18v
0.98
0.85
0.74
0.66
0.60
0.54
0.50
0.46
0.43
0.40
测量距离cm
19
30
41
51
62
72
82
92
102
112
122
131
141
151
实际距离cm
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
5.4 调试中遇到问题
在焊接过程中某些地方浮现虚焊等接触不良问题，导致显示不稳定有闪烁。接线过程中用插针接线容易导致接线松动，没接到或者接触不良。
环境问题
红外线在空气介质传播过程中会有很大衰减，其衰减遵循指数规律。普通状况下能测150cm，但是空气介质发生变化，如尘埃过多，导致红外线强度减少，测量发生误差，且测量距离变小。
周边有其她辐射源，并且强度很大时会影响测量成果
结 论
对所设计电路进行测量、校准发现其测量范畴在20cm—150cm内平面物体做了多次测量发现，其最大误差为0.5cm，且重复性好。该测距仪稳定性比较高、敏捷度比较高，测量时在红外线测距仪周边没有其他物体。但是在检测过程中会有某些不便地方：
1.测量时在红外线测距仪和目的物体之间周没有其他可阻挡物体，由于是依照反射能量法，且发射功率有限，反射回来红外线能量容易过低而无法采集，测距仪无法测量150cm外物体。
2.必要在干净清新空气环境下测量，空气中一旦尘埃过多，会对反射红外线强度有极大干扰，最后影响计算距离值。
3.不可以实现不同温度下测距功能。
4.由于超声波是将空气作为媒介因此受电磁干扰比较大。
红外线测距仪原理有两种：一种是红外线传播时间来计算出传播距离；一种是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。
由上述分析知，如果可以干净清新空气环境,稳定温度下，无其他电磁干扰，阻挡物体，可以获得较高测量精度。
本电路设计由于元器件及其成板误差，测量最大距离未能达到设计初衷规定，但对测量距离成果误差影响不大，能满足寻常生活、工业生产测量规定，因而此设计有着很大意义。同步通过这个设计可以提高我对单片机结识、编程能力和电路设计能力。
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
附录
#include <reg51.h>
#include <intrins.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define ulong unsigned long
sbit RS=P2^0； //LCD命令/数据端
sbit RW=P2^1； //LCD读/写端
sbit LCDE=P2^2； //LCD使能端
sbit MCP_CS=P2^3; //MCP3001与AT89S52管脚接线定义
sbit MCP_DO=P2^4;
sbit MCP_CLK=P2^5;
uint measure;
uchar flag； //Busy标志
uchar code dis[]={"Measure Start"}; //显示
uchar code dis1[] = {"V= . V,L= CM"};
uchar code dis2[] = {"."}; //显示代码
uchar code dis3[]={"Out Measure!"}; //显示
uchar dis_buf[8]; //显示缓冲区
void L_delay(void); //短延时
void delay_ms(uint n); //延时函数
uint read_MCP(void); //读MCP3001
void init_1602(void); //1602初始化函数
void busy(void); //LCD忙标志判断函数
void dat_wrt(uchar dat); //写数据子函数
void cmd_wrt(uchar cmd); //写命令子函数
uint distance(void); //距离计算函数
void lcd_start(uchar start); //设定显示位置函数
void LCD_Clear(void); //LCD清屏函数
uchar dat_adj(uint dat1); //显示数据调节函数
void print(uchar *str); //字符串显示函数
void disp(uint dat); //显示子函数
uint average(void); //算术平均滤波程序
/****************************主函数*******************************/
main()
{
init_1602();
print(dis); //显示测量开始
delay_ms(1000);
while(1)
{
measure=distance();
disp(measure); //显示高度
delay_ms(100);
}
}
/**************************延时函数**************************/
void delay_ms(uint n)
{
uint j;
while(n--)
{
for(j=0;j<125;j++);
}
}
/***************************短延时****************************/
void L_delay(void)
{
uchar i;
for(i=0;i<5;i++)_nop_();
}
/************************读MCP3001函数*************************/
uint read_MCP(void) ////////////////////////// read_MCP 采集数据