基于单片机的红外测距系统-柴玉国

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1、精选优质文档-倾情为你奉上毕业设计（论文）题 目：基于单片机的红外测距系统学 院： 电子信息学院 专业班级：电气工程及其自动化2010级01班指导教师： 厉谨 职称： 讲师 学生姓名： 柴玉国 学 号： 专心-专注-专业摘 要现代科学技术的发展，进入了许多新领域，而在测距方面先后出现了激光测距、微波雷达测距、超声波测距及红外线测距。为了实现物体近距离、高精度的无线测量，本文采用红外发射接收模块GP2D12作为距离传感器，单片机作为处理器，编写A/D转换、显示以及与PC机的通信程序，开发了一套便携式的红外距离测量系统，系统可以高精度的实时测量距离，并且将所得距离量通过数码管直接显示出来。本系统结

2、构简单、运行可靠、测量精度高、方便使用，另外本系统形成了一套完善的软硬件开发平台，可以进行扩展、移植和做进一步的开发。关键词：红外测距，STC52单片机，A/D转换，ABSTRACTThe development of modern science and technology, into many new areas, has a laser The development of modern science and technology, into many new areas, has a laser range finder in the ranging aspects, rangin

3、g of microwave radar, ultrasonic ranging and infrared ranging.In order to achieve the objects at close range, high-precision wireless measurement, I used the infrared transmitter receiver module as the distance sensor, microcontroller as the processor to write the A / D conversion, display and commu

4、nication with the PC program, developed a will to push infrared distance measurement systems, high-precision real-time system can display the measured distance, and distance measuring can be sent through the serial port to a PC display processing, the system structure is simple and reliable, small s

5、ize, high accuracy, ease of use, while this system the formation of a complete set of hardware and software development platform can be extended, transplantation, and further development.KEYWORDS: Infrared distance, STC89C52microcontroller, A / D conversion 目 录第一章绪 论1.1设计背景在基础学科研究中，传感器具有突出的地位。现代科学技术

6、的发展进入了许多新领域，而在测距方面先后出现了激光测距、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的激光束探测物体的距离。由于受恶劣的天气、污染等因素影响，使反射的激光束在一定功率上探测距离比可能探测的最大距离减少一半左右，损失很大，影响探测的精确度；微波雷达测距技术为军事和某些工业开发采用的装备和振荡器等电路部分价格昂贵，现在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的光波，具有光波的基本物理传输特性反射、折射、散射等，且由于其技术难度相对不太大，构成的测距系统成本低廉，性能优良

7、，便于民用推广。红外线测距传感器有它的几个特点，远距离测量，在无反光板和反射率低的情况下能测量较远的距离；有同步输入端，可多个传感器同步测量； 测量范围广，响应时间短； 外形设计紧凑，易于安装，便于操作；所以它的应用价值比较高。另外红外测距的应用越来越普遍。在很多领域都可以用到红外测距仪。红外测距一般具有精确度和分辨率高、抗干扰能力强、体积小、重量轻等优点，因而应用领域广、行业需求众多，市场需求空间大。当前红外测距仪的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1.2红外线简介近二十年来，红外辐射技术已成为一门迅速发展的新兴技术科学，它已广泛应用于生产、科研、军事、医学等

8、各个领域。红外辐射技术是发展测量技术、遥感技术和空间科学技术的重要手段。红外辐射俗称红外线，又称红外光，它是一种人眼看不见的光线，但实际上它和其它任何光线一样，也是一种客观存在的物质，任何物质只要它的湿度高于绝对零度，就有红外线向周围空间辐射。它的波长介于可见光和微波之间，它的波长范围大致在0.75M-1000M的频谱范围之内，红外线与可见光、紫外线、x射线、y射线和微波、无线电波一起构成了整个无线连续的电磁波谱。在红外技术中，一般将红外辐射分为四个区域，即近红外区、中红外区、远红外区和极远红外区。它已在科技、国防和工农业生产等领域获得广泛的应用。红外辐射的物理本质是热辐射。物体的温度越高，辐

9、射出来的红外线越多，红外辐射的能量就越强。研究发现，太阳光谱各种单色光的热效应从紫色光到红色光是逐渐增大的，而且最大的热效应出现在红外辐射的频率范围内，因此人们又将红外辐射称为热辐射或热射线。红外线在通过云雾等充满悬浮离子的物质时不易发生散射，有较强的穿透能力，还具有抗干扰能力强、易于产生、对环境影响小、不会干扰临近的无线电设备的特点，因而被广泛应用。1.3红外传感器概述1.3.1红外传感器的分类常见红外传感器可分为热传感器和光子传感器。一、热传感器热传感器是利用入射红外辐射引起传感器的温度变化，进而使有关物理参数发生相应的变化，通过测量有关物理参数的变化来确定红外传感器所吸收的红外辐射。热探

10、测器的主要优点是相应波段宽，可以在室温下工作，使用简单。但是，热传感器相应时间较长，灵敏度较低，一般用于低频调制的场合。热传感器主要类型有：热敏传感器型，热电偶型，高莱气动型和热释放电型四种。1.热敏电阻型传感器热敏电阻是由锰、镍、钴的氧化物混合后烧解而成的，热敏电阻一般制成薄片状，当红外辐射照射在热敏电阻上，其温度升高，电阻值减少。测量热敏电阻值变化的大小，即可得知入射的红外辐射的强弱，从而可以判断产生红外辐射物体的温。 2.热电偶型传感器 热电偶是由热电功率差别较大的两种材料构成。当红外辐射到这两种金属材料构成的闭合回路的接点上时，该接点温度升高。而另一个没有被红外辐射辐照的接点处于较低的

11、温度，此时，在闭合回路中将产生温差电流。同时回路中产生温差电势，温差电势的大小，反映了接点吸收红外辐射的强弱。利用温差电势现象制成的红外传感器称为热电偶型红外传感器，因其时间常数较大，相应时间较长，动态特性较差，调制频率应限制在10HZ以下。3.莱气动型传感器高莱气动型传感器是利用气体吸收红外辐射后，温度升高，体积增大的特性，来反映红外辐射的强弱。它有一个气室，以一个小管道与一块柔性薄片相连。薄片的背向管道一面是反射镜。气室的前面附有吸收模，它是低热容量的薄膜。红外辐射通过窗口入射到吸收模上，吸收模将吸收的热能传给气体，使气体温度升高，气压增大，从而使柔镜移动。在室的另一边，一束可见光通过栅状

12、光栏聚焦在柔镜上，经柔镜反射回来的栅状图像又经过栅状光栏投射到光电管上。当柔镜因压力变化而移动时，栅状图像与栅状光栏发生相对位移，使落到光电管上的光量发生改变，光电管的输出信号也发生变化，这个变化量就反映出入射红外辐射的强弱。这种传感器的特点是灵敏度高，性能稳定。但响应时间性长，结构复杂，强度较差，只适合于实验室内使用。4.热释电型传感器热释电型传感器是一种具有极化现象的热晶体或称“铁电体”。铁电体的极化强度（单位面积上的电荷）与温度有关。当红外线辐射照射到已经极化的铁电体薄片表面上时，引起薄片温度升高，使其极化强度降低，表面电荷减少，这相当于释放一部分电荷，所以叫做热释电型传感器。如果将负载

13、电阻与铁电体薄片相连，则负载电阻上便产生一个电信号输出。输出信号的大小，取决于薄片温度变化的快慢，从而反映入射的红外辐射的强弱。由此可见，热释电型红外传感器的电压响应率正比于入射辐射变化的速率。当恒定的红外辐射照射在热释电传感器上时，传感器没有电信号输出。只有铁电体温度处于变化过程中，才有电信号输出。所以，必须对红外辐射进行调制（或称斩光），使恒定的辐射变成交变辐射，不断的引起传感器的温度变化，才能导致热释电产生，并输出交变的信号。二、光子传感器光子传感器是利用某些半导体材料在入射光的照射下，产生光子效应，使材料电学性质发生变化。通过测量电学性质的变化，可以知道红外辐射的强弱。利用光子效应所制

14、成的红外传感器。统称光子传感器。光子传感器的主要特点灵敏度高，响应速度快，具有较高的响应频率。但其一般须在低温下工作，探测波段较窄。按照光子传感器的工作原理，一般可分为内光电和外光电传感器两种，后者又分为光电导传感器、光生伏特传感器和光磁电传感器等三种。1.外光电传感器当光辐射在某些材料的表面上时，若入射光的光子能量足够大时，就能使材料的电子逸出表面，这种现象叫外光电效应或光电子发射效应。光电二极管、光电倍增管等便属于这种类型的电子传感器。它的响应速度比较快，一般只需几个毫微秒。但电子逸出需要较大的光子能量，只适宜于近红外辐射或可见光范围内使用。2.光电导传感器当红外辐射照射在某些半导体材料表

15、面上时，半导体材料中有些电子和空穴可以从原来不导电的束缚状态变为能导电的自由状态，使半导体的导电率增加，这种现象叫光电导现象。利用光电导现象制成的传感器称为光导传感器，如硫化铅、硒化铅、锑化铟、碲隔汞等材料都可制光电导传感器。使用光电导传感器时，需要制冷和加一定的偏压，否则会使响应率降低，噪声大，响应波段窄，以致使红外线传感器损坏。三、光生伏特传感器当红外辐射照射在某些半导体材料的PN结上时，在结内电场的作用下，自由电子移向N区，如果PN结开路，则在PN结两端便产生一个附加电势，称为光生电动势。利用这个效应制成的传感器或PN结传感器。常用的材料为砷化铟、锑化铟、碲化汞、碲锡铅等几种。1. 光磁

16、电传感器当红外辐射照射在某些半导体材料表面上时，半导体材料中有些电子和空穴将向内部扩散，在扩散中若受强磁场的作用，电子与空穴则各偏向一方，因而产生开路电压，这种现象称为光磁电效应。利用此效应制成的红外传感器，叫做光磁电传感器。光磁电传感器不需致冷，时间常数小，响应速度快，不用加偏压，内阻极低，噪声小，有良好的稳定性和可靠性。但其灵敏度低，低噪声前置放大器制作困难，因而影响了使用。1.32 红外线传感器的应用红外技术是最近几十年中发展起来的一门新兴技术。它已在科技、国防和工农业生产等领域获得广泛的应用。红外传感器的应用主要体现在以下几个方面：1、红外辐射计：用于辐射和光谱辐射测量2、搜索和跟踪系

17、统：用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对其运动进行跟踪。3、热成像系统：能形成整个目标的红外辐射分布图像。4、红外测距系统：实现物体间距离的测量。5、通讯系统：红外线通信作为无线通信的一种方式。6、混合系统：是指以上各类系统中的两个活多个组合。第二章红外测距的方法和原理2.1几种红外测距原理及选择2.1.1 相位测距原理由主控振荡器 (即主振)产生的调制信号频率f ，经放大后加到发光管，经电流调制出射红外调制光，从发射光学系统出射射向镜站的反光镜 ；经反射后，回光被接收光学系统所接收，到达硅光敏二极管 ；经过光电转换，得到高频的测距信号。2.1.2 PSD测距原理利用三角测距原理,用一种

18、称之为位置敏感器件(Position Sensitive Device)的PSD组件来获得二路输出信号, 根据这二路信号来获得物体的距离量值。2.1.3 带运动机构的双象比较法原理系统中有二套光路对被测物体成像，其中一套光路是经过可运动的反光镜获得的,接收系统及时比较二套光路来的图像, 当二者一致时, 就可根据可运动反光镜的位置来获得物体的距离信息。2.1.4 时间差测距法原理红外线发射器发射出频率为40kHz的红外线，经障碍物反射，红外线接收器接收到反射波信号，并将其转变为电信号。测出发射波与接收到反射波的时间差t，即可求出距离s。2.1.5 反射能量法原理 反射能量法:仪器发射一束光(通常

19、是近红外光) 照射到被测物体表面,仪器同时接收被测物体的反射光能量, 根据接收到的反射光能量来判断被测物体的距离。2.1.6三角法红外测距原理红外发射器按照一定的角度发射红外光束，当遇到物体以后，光束会反射回来。反射回来的红外光线被CCD检测器检测到以后，会获得一个偏移值L，利用三角关系，在知道了发射角度a，偏移距L，中心矩X，以及滤镜的焦距f以后，传感器到物体的距离D就可以通过几何关系计算出来了。2.1.7 红外测距原理的选择本文测距原理选择的是三角法红外测距原理。第三章、红外测距的基本结构及系统框图3.1 红外测距的过程红外发射器按照一定的角度发射红外光束，当遇到物体以后，光束会反射回来，

20、如图1所示。反射回来的红外光线被CCD检测器检测到以后，会获得一个偏移值L，利用三角关系，在知道了发射角度a，偏移距L，中心矩X，以及滤镜的焦距f以后，传感器到物体的距离D就可以通过几何关系计算出来了。图3-1红外测距原理图可以看到，当D的距离足够近的时候，L值会相当大，超过CCD的探测范围，这时，虽然物体很近，但是传感器反而看不到了。当物体距离D很大时，L值就会很小。这时CCD检测器能否分辨得出这个很小的L值成为关键，也就是说CCD的分辨率决定能不能获得足够精确的L值。要检测越是远的物体，CCD的分辨率要求就越高。非线性输出：SharpGS2XX系列的传感器的输出是非线性的。每个型号的输出曲

21、线都不同。所以，在实际使用前，最好能对所使用的传感器进行一下校正。对每个型号的传感器创建一张曲线图，以便在实际使用中获得真实有效的测量数据。从上图中，可以看到，当被探测物体的距离小于10cm的时候，输出电压急剧下降，也就是说从电压读数来看，物体的距离应该是越来越远了。但是实际上并不是这样的，想象一下，你的机器人本来正在慢慢的靠近障碍物，突然发现障碍物消失了，一般来说，你的控制程序会让你的机器人以全速移动，结果就是，砰的一声。当然了，解决这个方法也不是没有，这里有个小技巧。只需要改变一下传感器的安装位置，使它到机器人的外围的距离大于最小探测距离就可以了。3.2 红外测距系统框图本设计主要由五部分

22、组成：红外发射电路、红外接收电路、单片机电路、译码显示电路。其工作过程如图所示：红外发射显示电路单片机红外接收第四章、红外测距硬件电路设计4.1单片机最小系统模块4.1.1STC89C52单片机STC89C52单片机是由宏晶科技公司生产的与工业标准MCS-51指令集和输出管脚相兼容的单片机。STC89C52单片机简介：（1）中央处理器（CPU）中央处理器是单片机的核心,完成运算和控制功能。89C52的CPU能处理8位二进制数或代码。（2）内部数据存储器（内部RAM）89C52芯片中共有256个RAM单元，但其中后128单元被专用寄存器占用，能作为寄存器供用户使用的只是前128单元，用于存放可读

23、写的数据。因此通常所说的内部数据存储器就是指前128单元，简称内部RAM。（3）内部程序存储器（内部ROM）89C52共有4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据或表格，因此，称之为程序存储器，简称内部ROM。（4）定时/计数器89C52共有两个16位的定时/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对计算机进行控制。（5）并行I/O口 89C52共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），以实现数据的并行输入/输出。（6）串行口89C52单片机有一个全双工的串行口，以实现单片机和其它设备之间的串行数据传送。该串行口功能较强，既可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为同步移位器使

24、用。（7）中断控制系统89C52单片机的中断功能较强，以满足控制应用的需要。8052共有6个中断源，即外中断两个，定时/计数中断两个，串行中断两个。全部中断分为高级和低级共两个优先级别。 (8) 时钟电路89C52芯片的内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容需外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。系统允许的晶振频率一般为6 MHz和12 MHz。（9）、振荡电路89C52中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器.时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成

25、为单片机的时钟脉冲信号。请读者特别注意时钟脉冲与振荡脉冲之间的二分频关系，否则会造成概念上的错误。一般地，电容C1和C2取30pF左右，晶体的振荡频率范围是1.212MHz。晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也就快。89C52在通常应用情况下，使用振荡频率为6MHz或12MHz。图41 89C52芯片及管脚图STC89C52引脚介绍 主电源引脚（2根）VCC(Pin40)：电源输入，接5V电源GND(Pin20)：接地线外接晶振引脚（2根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端控制引脚（4根）RST/VPP(Pin9)：复

26、位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。可编程输入/输出引脚（32根）STC89C51单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。1）P0口（Pin39Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0P0.7，P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱

27、动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址(低8位)和数据总线复位，在访问期间激活内部上拉电阻。2）P1口（Pin1Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0P1.7，P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTE逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(ILL)。与AT89C52不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数

28、输入(P1.0/T2)和输入(P1.1/T2EX),Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。引脚号功能特性P1.0T2（定时/计数器2外部计数脉冲输入），时钟输出P1.1T2EX（定时/计数2捕获/重装载触发和方向控制）表4-1 P1.0和P1.1的第二功能3）P2口（Pin21Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0P2.7，P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一

29、个电流(ILL)。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器(例如执行MOVXDPTR指令)时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器(如执行MOVXRI指令)时，P2口输出P2锁存器的内容。 4）P3口（Pin10Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0P3.7，P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流(ILL)。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的是它的第二功能。如下表4-1所

30、示。 端口功能第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2INTO（外中断0）P3.3INTO（外中断1）P3.4T0（定时/计数0）P3.5T1（定时/计数1）P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7RD（外部数据存储器读选通）表4-2 P3口的第二功能STC89C52单片机特点：集成度高、可靠性高、体积小控制功能强低电压，低功耗，便于生产便携式产品易于扩展I/O口优异的性能价格比4.1.2单片机的最小系统单片机的最小系统就是让单片机能正常工作并发挥其功能时所必须的组成部分，也可理解为是用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。单片机要正常运行，还必须具备电源正

31、常、时钟正常、复位正常3个基本条件。对51 系列单片机来说， 最小系统一般应该包括： 单片机、时钟电路、复位电路、输入/ 输出设备等。图4-2 单片机最小系统框图1、电源电路电源电路是单片机工作的动力源泉。对应的接线方法为：单片机的第40引脚（Vcc）为电源引脚，工作时接+5V电源；第20引脚（Vss）为接地线。2、时钟电路时钟是单片机核心，相当于单片机的心脏，其XTAL1和XTAL2引脚上的波形为方波，频率为所选晶振频率，在51单片机中晶振频率一般为11.0592M或12M。频率决定单片机的运行速度，波形的好坏决定单片机系统的稳定性，一般需要在晶振两个引脚接两个电容滤波，电容一般选择1545

32、pf。图4-3时钟电路3、复位电路复位电路设计的好坏直接影响单片机系统工作的稳定性，由于单片机上电瞬间电源电压不稳定，此时单片机不能立即投入工作，需要继续保持一段时间的复位状态，待电源稳定后单片机才开始工作。复位电路一般有手动按键（上电）复位、上电复位和积分复位三种。在此介绍最简单的上电复位：即上电后由于电容作用单片机延时一段时间后再开始工作。上电复位电路如下图所示：（选择电解电容有正负极，耐压10V以上，容量10uF，使用时不可以接反，电容外壳上标有白色端的为负极，黑色为正极）。图4-4复位电路4、控制引脚EA的接法控制引脚EA为片内、外程序存储器的选择控制引脚，当EA我低电平时，单片机从外

33、部程序存储器取指令；当EA接高电平时，单片机从内部程序存储器中取指令。图4-5控制引脚EA的接法应用89C51单片机设计并制作一个单片机最小系统，应达到如下基本要求：1、具有上电复位和手动复位功能2、使用单片机片内程序存储器3、具有基本的人机交互接口4、具有一定的可扩展性，单片机I/O口可方便地与其他电路板连接图4-6 51单片机最小系统原理图。4.2数据传输模块（程序下载电路）4.2.1 USB转串口USB转串口即实现计算机USB接口到通用串口之间的转换。为没有串口的计算机提供快速的通道，而且，使用USB转串口设备等于将传统的串口设备变成了即插即用的USB设备。作为应用最广泛的USB接口，每

34、台电脑必不可少的通讯接口之一，它的最大特点是支持热插拔，即插即用。传输速度快。对于大多数工程师来说，开发USB2.0 接口产品主要障碍在于：要面对复杂的USB2.0协议、自己编写USB设备的驱动程序、熟悉单片机的编程。这不仅要求有相当的VC编程经验、还能够编写USB接口的硬件（固件）程序。所以大多数人放弃了自己开发USB产品。为了将复杂的问题简单化，可以使用USB转串口模块。这个模块可以被看作是一个USB2.0协议的转换器，将电脑的USB2.0接口转换为一个透明的并行总线，就象单片机总线一样。从而几天之内就可以完成USB2.0产品的设计。图4-7 USB转串口线九针串口即RS-232接口，个人

35、计算机上的通讯接口之一，由电子工业协会 (Electronic Industries Association，EIA) 所制定的异步传输标准接口。通常RS-232接口以9个引脚 (DB-9) 或是25个引脚 (DB-25) 的型态出现，一般个人计算机上会有两组 RS-232 接口，分别称为 COM1 和 COM2。本文所涉及的接口类型均为9引脚（DB-9）类型。图4-8串口各管脚功能：1载波检测 （DCD） 2 接收数据 （RXD） 3 发送数据（TXD） 4 数据终端准备好 （DTR） 5 信号地 （GND） 6 数据准备好 （DSR） 7 发送请求 （RTS） 8 发送清除 （CTS） 9

36、 振铃指示 （RI）4.2.2 MAX232芯片MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片,使用+5v单电源供电。MAX232芯片是美信（MAXIM）公司专为标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5v单电源供电。MAX220MAX249系列线驱动器/接收器，专为EIA/TIA-232E以及V.28/V.24通信接口设计，尤其是无法提供12V电源的应用。这些器件特别适合电池供电系统，这是由于其低功耗关断模式可以将功耗减小到5µW以内。MAX225、MAXX233、MAX235以及MAX245/MAX246/MAX247不需要外部组件，推荐用于

37、印刷电路板面积有限的应用。关键特性：1.对于低电压、集成ESD应用MAX3222E/MAX3232E/MAX3237E/MAX3241E/MAX3246E：+3.0V至+5.5V、低功耗、最高1Mbps、真正的RS-232收发器，使用4个0.1µF外部电容(MAX3246E提供UCSP封装)；2.对于低成本应用MAX221E：15kVESD保护、+5V、1µA、单路RS-232收发器。图4-9MAX232芯片及引脚图引脚介绍：第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。第二部分是

38、数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。第三部分是供电。15脚GND、16脚VCC（+5v）。主要特点：1、符合所有的RS-232C技术标准2、只需要

39、单一 +5V电源供电3、片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生+10V和-10V电压V+、V-4、功耗低，典型供电电流5mA5、内部集成2个RS-232C驱动器6、内部集成两个RS-232C接收器下图为MX232双串口的连接图，可以分别接单片机的串行通信口或者实验板的其它串行通信接口：主要特点1、单5V电源工作2、LinBiCMOSTM工艺技术3、两个驱动器及两个接收器4、30V输入电平5、低电源电流：典型值是8mA6、符合甚至优于ANSI标准EIA/TIA-232-E及ITU推荐标准V.287、ESD保护大于MIL-STD-883（方法3015）标准的2000V图4-10程序下载电路

40、4.2.3小结图4-11最小系统总图4.3电源电路电源适配器（Power adapter）是小型便携式电子设备及电子电器的供电电源变换设备，一般由外壳、电源变压器和整流电路组成，按其输出类型可分为交流输出型和直流输出型；按连接方式可分为插墙式和桌面式。广泛配套于电话子母机、游戏机、语言复读机、随身听、笔记本电脑、蜂窝电话等设备中。图4-12适配电源输出电压：5V（直流）输入电压：100240V（交流）输出电流：最大2A输出电压精度：5%（空载）输入范围宽，电压精度高电源极性：内正外负，内外输出插头样式：5.5*2.1mm4.4数码管显示电路4.4.1 74HC59574HC595 是一款漏极开

41、路输出的CMOS 移位寄存器，输出端口为可控的三态输出端，亦能串行输出控制下一级级联芯片。74HC595具有以下特点：1、高速移位时钟频率Fmax25MHz2、标准串行（SPI）接口3、CMOS 串行输出，可用于多个设备的级联4、低功耗：TA =25时，Icc=4A（MAX）实物图及引脚图如下： 图4-13 74HC595芯片及管脚图管脚定义功能:1、2、3、4、5、6、7、15 :Q0Q8三态输出管脚8 :GND9 :SQH串行数据输出管脚10 :SCLR移位寄存器清零端11 :SCK数据输入时钟线12 :RCK输出存储器锁存时钟线13 :OE输出使能14 :SI数据线15 :VCC电源端4

42、.4.2数码管数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。数码管按段数分为七段数码管和八段数码管（还有一种“米”字型的数码管，其段数更多），八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示），其基本原理是：将所有LED的一端（正极、负极均可）连在一起作为一个公共端，然后通过分别控制这组LED的另一个端口来使部分LED点亮，从而达到显示一定字形的目的。数码管的分类：按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极

43、COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。我们在实际使用中一定要搞清楚数码管是共阴极的还是共阳极的。图4-14共阴极数码管及管脚图4.4.3数码管显示电路原理图图4-15数码管显示电路原理图4.5 ADC0832D/A转换器的结构有很多种，分为电压定标、电荷定标、电流定标等。不同结构的D/A转换器在

44、性能上是有差异的。我们采用集成块ADC0832。ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。ADC0832具有以下特点：1、8位分辨率；2、双通道A/D转换；3、输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；4、5V电源供电时输入电压在05V之间；5、工作频率为250KHZ，转换时间为32S；6、一般功耗仅为15mW；7、有8P、14PDIP（双列直插）、PICC多种封装；8、商用级芯片温宽为0C+70C，工业级芯片温宽为40C+85C；本测距系统采用的是8P双列直插式芯片，其实物

45、图及引脚图如下:图4-16 ADC0832芯片及管脚图芯片接口说明：CS:片选使能，低电平芯片使能。CH0:模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。CH1:模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。GND:芯片参考0电位（地）。DI:数据信号输入，选择通道控制。DO:数据信号输出，转换数据输出。CLK:芯片时钟输入。图4-17 ADC0832与单片机的接口电路：4.6 GP2D12测距模块GP2D12是SHARP公司的一种新型红外测距传感器，工作电压为45.5V，输出为模拟电压，探测距离为1080cm，最大允许角度大于，刷新频率为25Hz（40ms），模拟输出噪声小于200mV，标准电流消耗为335

46、0mA。图4-18 GP2D12测距模块及管脚图GP2D12产品规格参数：1.测量射程范围：10to80cm2.最大允许角度：403.电源电压：4.5to5.5V4.平均功耗：35Ma5.峰值功耗：约200mA6.更新频率/周期：25Hz/40ms7.模拟输出噪声：200mV8.测量距离与输出模拟电压关系：2.4V0.4V模拟信号对应10cm80cm，输出与距离成反比非线性关系。第五章软件模块设计5.1程序设计步骤在系统硬件已经确定的情况下，程序设计为: 分析问题：熟悉和明确问题的要求、已知条件及对运算控制的要求，准确地规定程序将要完成的任务。 确定算法：根据设计问题的要求和指令系统特点，选择

47、解决问题的方法。 设计程序流程图：直观、清晰地体现程序的设计思想。 分配内存单元：确定程序和数据区的起始地址。 编写源程序：根据流程图和指令系统编写源程序。 调试源程序：先将源程序通过汇编生成目标文件，并消除语法错误，然后在用户板上调试，达到预定要求。5.2软件设计框图在整个系统运行过程中，当红外系统被启动后，首先，对单片机进行初始化。 当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，在数码管上显示出来。开始单片机初始化化AD转换子程序电压距离转换子程序精度计算子程序显示子程序5.

48、3 Proteus仿真因本系统是利用单片机进行系统控制，所以需采用单片机仿真工具Proteus进行仿真。Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台。Proteus与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单

49、片机CPU的工作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。因此在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变，而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。对于这样的仿真实验，从某种意义上讲，是弥补了实验和工程应用间脱节的矛盾和现象。(1)proteus的工作过程运行proteus的ISIS程序后，进入该仿真软件的主界面。在工作前，要设置view菜单下的捕捉对齐和system下的颜色、图形界面大小等项目。通过工具栏中的p(从库中选择元件命令)命令，在pickdevices窗口中选择电路所需的元件，放置元件并调整其相对位置，元件参数设

50、置，元器件间连线，编写程序；在source菜单的Definecodegenerationtools菜单命令下，选择程序编译的工具、路径、扩展名等项目；在source菜单的Add/removesourcefiles命令下，加入单片机硬件电路的对应程序；通过debug菜单的相应命令仿真程序和电路的运行情况。(2)Proteus软件所提供的元件资源Proteus软件所提供了30多个元件库，数千种元件。元件涉及到数字和模拟、交流和直流等。(3)Proteus软件所提供的仪表资源对于一个仿真软件或实验室，测试的仪器仪表的数量、类型和质量，是衡量实验室是否合格的一个关键因素。在Proteus软件包中，不存

51、在同类仪表使用数量的问题。Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似但功能更多。（4)Proteus软件所提供的调试手段Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括模拟信号和数字信号。对于单片机硬件电路和软件的调试，Proteus提供了两种方法：一种是系统总体执行效果，一种是对软件的分步调试以看具体的执行情况。对于总体执行效果的调试方法，只需要执行debug菜单下的execute菜单项或F12快捷键启动执行，用debug菜单下的pauseanimation菜单项或pause键暂停系统的运行；或用deb

52、ug菜单下的stopanimation菜单项或shift-break组合键停止系统的运行。其运行方式也可以选择工具栏中的相应工具进行。在Proteus绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在Proteus的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。本次设计的电路仿真效果图如下图图5-1 所示：图5-1测距仿真效果图第六章测量精度分析红外传感器由发送器和接收器两部分组成，在发送器和接收器之间有一定的有限视场。传感器只能检测到那些位于发射器视场和接收器视场的交叉区域内的障碍物，因此，单个的红外接近觉传感器不可避免地存在多个盲区。大部分红外接收器在检测区域内有障碍物时输出低电压信号

53、，反之输出高压信号。某些类型的物体有可能误导红外接收器，其中包括表面发亮的物体，光线吸收能力强的物体以及那些交叉部分太小以至于不能将足够的红外线从发送器反射至接收器的物体。如果采用多个红外发送器和接收器就可以减少盲区的数量。由于发送器和接收器的价格都非常低，因此采用多套红外传感器是完全可行的。然而，无论实现过程如何完美，系统性能总会受到环境的影响。表面暗淡，光亮或者体积较小的物体都会经常使接收器产生漏报错误；如果阳光或者其他较强的光线照射在接收器上，有可能会使内部器件处于饱和状态，从而也会导致传感器发生漏报情况。通常情况下，红外传感器很少产生误报错误。在系统正常情况下，所出现的误报错误通常来源

54、于其他一些意想不到的红外噪声信号。例如：日光灯。原则上来讲，接收器无法判断其输出信息是否可靠；然而，如果接收器输出的障碍存在信号持续时间过短，完全可以认为这是噪声假信号造成的。参考文献1陈忠平51单片机C语言程序设计经典实例M电子工业出版社2012年2彭伟单片机C语言程序设计实训100例 M电子工业出版社2012年3 温宗周单片机原理及接口技术中国电力出版社M2009年4 薛纪文，高晓娟，加云岗C语言程序设计教程M2003.年5.曲波 肖圣兵 吕建平编著工业常用传感器选型指南M. 清华大学出版社 20026.陈鸿茂编著常用电子器件简明手册M. 中南矿业大学出版社2001年7.张福学编著实用传感

55、器手册M.电子工业出版社 1988年8.何希才 薛永毅编著传感器及其应用实例 M.机械工业出版社 20019.袁希光编著传感器技术手册M. 国防工业出版社 198910.刘迎春 叶湘滨编著传感器原理设计与应用M.国防科技大学出版社 200411 何希才 薛永毅编著传感器及其应用实例 M.机械工业出版社 200112.Kim EJ, Yanagida Y, Haruyama T, etal.Immunosensing.system for a-fetoprotein coupled with a disposable amperometric glucose oxidase sensor & a

56、ctuators B, 2001.13 Fan Xu, On Designing High-Performance Signal Processing Algorithmsfor a Ring-Structured Multiprocessor, Mich.: UMI,2002：121514 斌实,秉礼. 红外测距仪的原理及其应用J. 红外. 2003(03)15 宋轶群,杜华生,董二宝.基于PIC16F877的红外测距系统J.仪表技术,2004,(05).16 韦 伟， 周凌翱， 刘 青 一种便携式的红外测距系统 江苏 南京 附 录附录1：测距电路原理图附录2：测距程序#define INT

57、8U unsigned char#define INT16U unsigned int#define INT32U unsigneg long#include #include #include #include sbit DS =p35;sbit SH_CP =p36;sbit ST_CP =P37;#define BEEP() P1 =(10)#define M_C 1388#define B_C -5#define K_C 2#define M_F 3085.7#define M_P -1.1962code INT8U SEG_CODE = 0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x9

58、9,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90 ;INT8U Disp_Buff = 0,0,0;extern INT8U Get_CHx_AD_Value(INT8U ch);void delay_ms(INT16U x)INT8U t;while(x-) for(t = o; t120;t+);void Alarm() INT8U i,j; for(i = 0; i 200; i+) BEEP(); j = 150; while (-j); void Serial_Input_595(INT8U dat) INT8U i; for(i = 0; i 8; i+) if (dat &

59、0x80) DS = 1;else DS = 0; dat = 1; SH_CP = 0;_nop_();_nop_(); SH_CP = 1;_nop_();_nop_(); SH_CP = 0;void Parallel_Output_595() ST_CP = 0;_nop_(); ST_CP = 1;_nop_(); ST_CP = 0;_nop_();float Get_Distance() INT8U i; float AD_Sum = 0.0; for (i = 0;i = 100)d -= 100;+Disp_Buff2; while (d = 10)d -= 10;+Disp_Buff1; Disp_Buff0 = d;void main() float d; delay_ms(700); while(1) d = Get_Distance(); if(d 30.0) Alarm(0); DEC_TO_3DIGIT(INT16U)(d*10); Serial_Input_595(SEG_CODEDisp_Buff0); Serial_Input_595(SEG_CODEDisp_Buff1 & 0x7F); Serial_Input_595(SEG_CODEDisp_Buff2); Parallel_Output