基于STM32的红外测距系统设计

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1、-基于STM32的红外测距系统设计摘 要随着现代科学技术的开展，出现了很多新的领域，为了实现对物体近距离、高精度的无线测量，本论文对红外测距领域进展了研究。本论文采用单片机作为处理器，编写A/D转换程序及LCD显示程序，红外传感器作为工作模块，完成一套高精度显示、实时测量的红外测距系统。本系统构造简单、体积小、测量精度高、本钱低、方便使用。本论文所介绍的是一种基于STM32单片机并运用日本夏普公司型号为GP2Y0A21的红外传感器所设计的红外测距系统。首先，介绍红外线及红外传感器的分类及应用、STM32单片机的简介与功能；其次，阐述红外测距系统工作原理及根本构造并对单片机、红外传感器、LCD液

2、晶显示屏的工作电路做了介绍；再次，对系统进展了整体设计设想，先后对系统硬件及软件进展设计，并对整个系统的功能进展了调试。最后对整个设计进展总结，说明红外测距系统实现的可行性。关键词红外测距；单片机；A/D转换；LCDSTM32-based infrared ranging system designAbstractWith the development of modern science and technology, there are many new areas, in order to achieve the object close range, high-precision wi

3、reless measurement，this topic of infrared ranging is studied. This topic using SCM as the processor, to write A/D converter and LCD display program, an infrared sensor as a working module, plete set of precision display, real-time measurement of infrared ranging system.This system has the advantages

4、 of simple structure, small sizeand high accuracy, low cost and convenient use.This paper introduced is based STM32 microcontroller and use of Japans Sharp Corporation model GP2Y0A21 infrared sensor designed infrared ranging system. Firstly, introduce the classification and applicationof infrared di

5、stance measurement，it also introduces the function of STM32 microcontroller. Then illustrate the work theory and basic structure of it and introduce the LCD screen and work circuit. Again, the system has carried on the overall design idea, successively on the system hardware and software design, and

6、 probes into the function of the whole system debugging.Finally, summarize the entire design to illustrate the feasibility of infrared distance measurement.Keywords Infrared range, SCM, A/D converter, LCD. z.-目 录摘要IAbstractII第1章 绪论41.1 课题研究背景及意义41.2 本论文主要研究容4第2章 红外测距系统硬件设计62.1 红外测距系统的工作原理6 时间差法测距原理6

7、 反射能量法测距原理6 相位法测距原理6 三角法测距原理72.2 红外测距系统的根本构造7 红外传感器模块8 单片机处理模块9 LCD显示模块162.3 本章小结17第3章 红外测距系统的软件设计及功能调试183.1 红外测距系统工作流程183.2 软件程序设计193.3 硬件功能调试193.4 软件功能调试203.5 测量数据绘图203.6 本章小结23结论25致26参考文献27附录A29附录B35附录C38. z.-第1章 绪论1.1 课题研究背景及意义随着科学技术的不断开展，在测距领域也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等方式。激光测距是以激光为传输信号对目标物体进

8、展准确的测量。激光测距在工作开场瞬间向物体发射出一束很细的激光，并由承受端接收物体反射回来的激光束，同时计时器通过测定激光束从发射到接收的时间进而计算出从测量者到物体的距离。该方法对使用环境要求较高，应用围较少。微波雷达测距是军事和工业上开发采用的技术，其技术要求严格和设备价格非常之高，在民用市场上几乎得不到应用。超声波测距原理与激光测距原理相似，只不过是以声音为传输介质，但是此方法灵活性差、组件造价相对昂贵，在市场开拓空间并不大。作为一种应用广泛、测量精度高的测量方式，红外测距利用红外线传播时不扩散、折射率小的特性，根据红外线从发射模块发出到被物体反射回来被承受模块承受所需要的时间，采用相应

9、的测距公式来实现对物体距离的测量。红外测距最早出现于上世纪60年代，是一种以红外线作为传输介质的测量方法。红外测距的研究有着非比寻常的意义，其本身具有其他测距方式没有的特点，技术难度相对不大，系统构成本钱较低、性能良好、使用方便、简单，对各行各业均有着不可或缺的奉献，因而其市场需求量更大，开展空间更广。红外测距仪是指用调制的红外光进展精细的距离测量，测量围一般为1-5公里，在100米以的围则超声波测距更有优势，但是超声波测距无法检测到1米以的区域距离，而红外测距可以精准的测出这一段距离，本论文研究的就是这一种情况的红外线测距。1.2 本论文主要研究容红外线别名红外光或者热辐射线，是一种波长比红

10、色可见光约较长、比微波约较短的电磁波。以波长长度为基准，红外线可分为三局部，即近红外线是波长为之间；中红外线是波长为之间；远红外线是波长为之间。物质本身温度在不低于绝对零度-273.15的情况下均可以产生红外线。它不能引起人的视觉反响，有显著的热效应易被物体吸收而转化为能。能产生反射、折射、干预、衍射等光学现象。不易被云雾等悬浮微粒散射而具有较强的穿透力。凭借着诸多优点，红外线在军事、人造卫星以及工业、卫生、科研等工作领域方面的应用日益广泛，有着不可替代的作用及研究价值。红外测距传感器是以红外线为传输介质的准确测量系统，主要应用于现代科学技术、国防军队建立、工业和农业等领域。按照其功能可以分为

11、五种类型：1辐射计，又称发射计，是一种用于电磁辐射和光谱测量的装置。2搜寻和锁定系统，具有寻找和锁定红外目标的功能，确定其空间位置并对它的运动进展追踪。3热成像系统，通过辐射的分布图像。4红外测距系统。5综合系统，是集于两个或者多个的系统功能的组合系统。本论文选用的红外测距传感器GP2Y0A21是由日本夏普公司推出的一款性价比高、最常用的红外测距传感器，与其前身GP2D12相比，测量射程一样，但探测面积略有增加，可用来对物体的距离进展测量。具有体积小、功耗低、价格廉价等优点，而且测量效果好适合在小围高精度测量物体的实时距离。红外传感器GP2Y0A21技术规格如表1所示。表1 红外传感器GP2Y

12、0A21技术规格测量射程围10-80cm最大允许角度40电源电压平均功耗33-40mA峰值功耗200mA更新频率/周期25Hz/40ms模拟输出噪声 2; /12位AD转换为10位AD/Distance = (10485/(average_adc + 5) - 4;float_Distance=(1/(adc*(0.0000954)+0.000502)-4; Sum_Distance += float_Distance; if(10 = i)float_Distance = Sum_Distance / 10;Display_Distance(10,1,float_Distance); pri

13、ntf(滤波后的距离%3.2f cmn,float_Distance); Sum_Distance = 0.0; i = 0; adc1=(float)adc*3.3/4096);/ printf(rn电压值= %2.2fVrn,adc1);/printf(当前距离 % d CMn,Distance);/ printf(AD转换值 %dn,adc);/ printf(实时距离 %3.1f cmn,float_Distance);/Display_Distance(10,1,float_Distance);i+;delay_ms(100); #include ADC.h/* 函数名:ADC_Co

14、nfig 功能:ADC初始化*/void ADC_Config(void)ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1|RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE); /翻开ADC1时钟，翻开GPIOC时钟GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7; /PA7配置成模拟输入模式GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);ADC_InitStructure.ADC_Mode=ADC_Mode_Independent;/独立模式ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode=ENABLE;/连续多通道模式ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode=ENABLE;/连续转换ADC_InitStructure.ADC_E*ternalTrigConv=ADC_E*ternalTrig