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1、1红外线测距系统红外线测距系统试验方案试验方案专业专业: 电子电子 1201 组员：组员：刘强（刘强（2012010527）朱钰（朱钰（2012010950）时间：时间： 2014，6，9 2指导老师指导老师: 常志强常志强 摘摘 要要红外测距的探测距离较短，一般在几十厘米之内，本文介绍一种基于 AT89 C52 单片机设计的红外测距仪，可以测量距离，以及计算出被测物体的面积或 体积。首先，在绪论中，介绍了红外线及红外传感器的分类和应用、AT89C52 单片机的应用与说明以及 ADC0804 芯片的简介。其次，阐述了与红外测距的工 作原理基本结构，对红外测距的发射与接收器件也做了详细说明。再次
2、，介绍 了红外测距的硬件设计和软件设计。在硬件设计中，介绍了红外测距实现的构 想，给出红外测距硬件电路原理图，并说明了红外发射驱动电路、红外接收驱 动电路、键盘、A/D 转换电路、LCD 显示电路工作原理及 AT89C52 单片机的管脚 分配。在软件设计中，说明了整个程序流程及各程序设计函数。最后，是对整 个设计的结论，说明了红外测距的可行性。 关键字：红外线 单片机 ADC0804i3目目 录录一红外测距的工作原理与基本结构一红外测距的工作原理与基本结构.441.1 红外线发射器件的结构与分类.41.2 红外线测距的工作原理.51.3 红外测距系统的基本结构.5二红外测距的硬件设计二红外测距
3、的硬件设计.62.1 红外测距的实现构想.62.2 系统硬件结构电路图.62.3 各硬件电路设计.7三红外测距的软件设计三红外测距的软件设计 .9.93.1 系统软件结构框图 .93.2 误差分析.19四实验心得四实验心得.20.20参考文献参考文献.21.21附录附录.21.215一一 红外测距的工作原理与基本结构红外测距的工作原理与基本结构1.11.1 红外线发射器件的结构与分类红外线发射器件的结构与分类红外线发射器件是最长用的为红外发光二极管，它与普通发光二极管的结 构 原理以及制作工艺基本相同，是只有一个 PN 结的半导体器件，只是所有的 材料不同，制造红外发光二极管砷化钾，砷铝钾等，
4、其中应用最多的是砷化钾 。红外发光二极管一般采用环氧树脂，玻璃，塑料等封装，除白色透明材料封装 外，还可见到用蓝色透明材料封装的，。红外发光二极管按发光功率的大小， 可分为小功率，中功率，大功率三种。另外，红外发光二极管除顶面发光型外 ，还有侧面发光型。小功率管一般采用全塑封装，也有部分是采用陶瓷底座， 顶端用玻璃或环氧树脂透镜封装的，中大功率管一般采用带螺纹金属底座，以 便安装散热片。随着发光功率得提高，相应体积的管子也增大。1.1.11.1.1 红外发光二极管测试方法红外发光二极管测试方法用万用表 R X 1K 档测量，正向电阻在 30K 左右，反向电阻在 200K 以 上的管子是好的。反
5、向电阻越大，漏电流越小，质量越好。若反向电阻只有几十 K，说明管子质量不好，但可使用。若管子的正向的反向电阻都为无穷大 或为零，说明管子是废品，不能使用；还可以先把红外发光二极管接到电路中 ，接通电源后再用手机的摄像头对准红外发光管。可以看到管子发出淡粉色的 光，则红外发光二极管好使。1.1.21.1.2 红外光敏二极管原理与分类红外光敏二极管原理与分类我们知道半导体具有光电效应，即用光照半导体，可使半导体的电阻率发 生变化。利用半导体的光电效应可以制成光电二极管，不同的半导体材料对不 同波长的入射光的响应是不同的。6光敏二极管有顶面受光和侧面受光两种形式。它也是采用塑料、玻璃、环氧树 脂等材
6、料封装。1.1.31.1.3 光敏二极管的简单测试光敏二极管的简单测试一般用万用表 R X 1K 档，光敏二极管的正向电阻较普通二极管大些，约十 几 K 左右，反向电阻随光照变化。无光照时（用物体将管子挡住，不让光照 射），反向电阻接近无穷大，说明漏电流大。管子的反向电阻至少应在 500K 以上，有光照射时（在较强日光或灯光下），反向电阻越小越好，一般应在 20 K 以下。若有光照射时反向电阻为穷大或为零，说明管子是坏的。光敏二极 管的引线较长的一根是正极。1.21.2 红外线测距的工作原理红外线测距的工作原理对某一特定物体距离的测量是光学仪器领域的热门课题之一。红外传感器 的测距基本原理为红
7、外发射电路的红外发光管发出红外光，由红外接收电路的 光敏接收管接收发射光。根据发射光的强弱可以判断所测的距离，由于接收管 接收的光强是随与发光管的距离变化而变化的，因而，距离近则接收光强，距 离远则接收光弱。因为红外线是介于可见光和微波之间的一种电磁波，因此，它不仅具有可 见光直线传播、反射、折射等特性，还具有微波的某些特性，如较强的穿透能 力和能贯穿某些不透明物质等。红外传感器包括红外发射器件和红外接收器件 。自然界的所有物体只要温度高于绝对零度都会辐射红外线，因而，红外传感 器须具有更强的发射和接收能力。1.31.3 红外测距系统的基本结构红外测距系统的基本结构该系统主要由红外发射电路、红
8、外接收电路、A/D 转换电路，AT89C52 芯片 、键盘接口电路及 LCD 显示电路等组成。其组成框图如图 2 所示：7图 2其工作原理为：单片机上电发射红外信号，由键盘控制红外接收电路以及 A/D 转换电路的工作，将转换结果通过单片机处理后送到 LCD 显示屏，显示被测距 离。 如有需要，也可通过键盘控制测量被测物体的长于宽，从而计算出被测物 体的面积或体积，最后将结果显示到 LCD 显示屏上。二二 红外测距的硬件设计红外测距的硬件设计2.12.1 红外测距的实现构想红外测距的实现构想为了实现红外测距，在硬件设计中，我们可以使红外发射驱动电路驱动发 射头的红外二极管发出红外光，当红外光由红
9、外接收驱动电路驱动红外接收头 的光敏二极管接收到，并通过电压转换，将其转换为可测量的电压值，因为红 外光的强度会随距离的缩小而增强，红外接收电路转化的电压值会随之增强。 又因为电压与距离成比例，通过对转换的电压的计算，我们可以知道红外发射 模块与接收模块的距离。我们采用 LCD 显示屏动态显示变化中的距离， LCD 显示器与 AT89C52 芯片的 P0 口与 P2.0-2.2 接口相接，在红外接收模块运动过程，AT89C52 芯片内部会将电 压模拟量通过 A/D 转换将其转化为可显示的数字量，然后通过 LCD 显示器显示 出。键盘与 AT89C52 芯片的 P3.4、P3.5、P3.6、P3
10、.7 引脚相接，通过键盘接口 可以实现距离的测量与面积的计算。82.22.2 系统硬件结构电路图系统硬件结构电路图整个红外测距系统由 AT89C52 芯片、红外发射驱动电路、红外接收驱动电 路、键盘、A/D 转换电路与 LCD 显示器构成。硬件结构电路图如图 3 所示：图 3 硬件结构电路图2.32.3 各硬件电路设计各硬件电路设计2.3.12.3.1 红外发射电路红外发射电路(1)电路组成：红外发射驱动电路是由一个简单的共射放大电路和一个作为开关 的三极管电路组成的模块。电路原理如图 4 所示：9图 4（2）电路工作原理：在共射放大电路中，红外发光二极管 TLN205 接于共射放大电路的集电
11、极，与基极和发射极相接的二极管起温度补偿作用。控制管脚 Vi n 与 At89C52 芯片管脚 P3.3 相接。当控制管脚 Vin 有信号输入时,控制电路的 三极管导通,同时整个电路导通,红外发光二极管 TLN205 发射出红外光。2.3.22.3.2 红外接收电路红外接收电路(1)电路组成:红外接收驱动电路是由红外接收管 TPS708 和两个电压串联负反馈模拟运算放大电路组成的模块。红外接收驱动电路设计为两极放大是因为在许多情况下，输入信号是很微弱的 ，要把这样微弱的信号放大到足以带动负载，仅用一级电路放大定是做不到的 ，必须经多级放大，以满足放大倍数和其他性能方面的要求。并且，根据信号 源
12、和负载性质的不同，对各级电路有不同要求，输入级一般要求有尽可能高的 输入电阻和较低的静态工作电流。电路图如图 5 所示：图 5(2)电路工作原理:红外发光管 TLN205 发射出的红外光,由红外接收管 TPS708 接收,此时 TPS708 会产生一个与光强相对应的电流。电流经由 LM358 两级放大后,在输出端可以 得到一个约为 03.52V 的模拟电压,作 ADC0804 的 VIN 口模拟输入量，进行 A/ D 转换,重复等待与检查转换完成标志值是否已为零,最后将转换结果在 LCD 上 显示出来。102.3.32.3.3 A/DA/D 转换电路转换电路A/D 转换电路如图 6 所示，由于
13、 PROTUES 仿真软件不能仿真红外线的发射与接收，故在 A/D0804 的输入端加一滑变电阻器，来代替红外接收电路产生的 03.52V 模拟电压，经过 A/D 转换后送到单片机的 P1 口，从而实现电路的仿真。图 62.3.42.3.4 LCDLCD 显示电路显示电路LCD 与单片机的接口电路如图 7 所示，单片机通过 P0 口向 LCD 输送数据， 显示测得的距离。值得注意的是，P0 口要接上拉电阻来保证对 LCD 的成功驱动 。图 7112.3.52.3.5 键盘接口电路键盘接口电路该系统由 4 个按键控制对距离的测量，如图 8 所示，按键分别接单片机的P3.4P3.7 口，低电平有效
14、，分别实现长、宽、高的测量以及面积或体积的计 算。图 8三三 红外测距的软件设计红外测距的软件设计3.13.1 系统软件结构系统软件结构在整个系统运行过程中。当红外系统被启动后，首先，对 AT89C52 单片机 进行初始化。然后，当 AT89C52 单片机接收到红外接收电路传输的电压信号后 ，经 A/D 转换程序，将片外的模拟信号转换为单片机可识别的数字信号，并经 电压距离转换子程序，将变化的电压转换为距离。最后，在动态扫描 LCD 显 示器上显示出来。主程序流程图如图 9 所示。12图 9单片机程序如下：#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ulong unsigned longsbit RS=P20; /LCD 命令/数据端sbit RW=P21; /LCD 读/写端sbit LCD
