基于AT89C52单片机的光功率计的设计
一、背景概述
随着技术的不断进步激光技术在各行业中得到了广泛的应用，对光功率测量技术也提出了更高的要求。传统的光功率测量系统设计是在探测器输出信号后，经放大、A／D转换，直接数字显示，同时有调零电路、定标电路，对于光电型还有波长选择开关。随着电子技术的发展，这种设计方法显然已经过时，当前的设计使用单片机技术，或者使测量电路和微机接口、软件和硬件相结合，实现智能测量，使采集和处理测量数据由单片机完成．而不需要人来操作，可以在特殊的环境中完成测量。
光功率定义
光功率是光在单位时间内所做的功。光功率常用单位是毫瓦(mW)和分贝(dB)，其中两者关系为lmW=0dB，而小于1mw 的分贝为负值。例如，在光纤收发器或交换机说明书中，有其产生的发光和接收光功率，通常发光小于0dB。接收端所能够接收的最小光功率称为灵敏度，能接收的最大光功率减去灵敏度的值称为动态范围，发光功率减去接收灵敏度是允许光纤损耗值。
光功率计的设计要点
针对实际应用，要选择适合的光功率计，应该关注以下
各点：
(1)选择最优的探头类型和接口类型。
(2)评价校准精度和编写校准程序，与光纤和接头要求
范围相匹配。
(3)确定这些型号与测量范围和显示分辨率相一致。
(4)具备直接插入损耗测量功能。
二、实验目的和意义
“光电子测量设计”是电子科学与技术专业的必修实践环节，该课程是以测量为主线，应用光电子技术解决一个测量问题。学生通过具体解决测量问题的训练过程，理解测量的基本概念，掌握应用光电子技术解决测量问题的基本方法，学会测量误差分析、数据处理等。该课程对于培养有计量特色的光电子技术人才十分重要。
基于光电转换器件的光强度的测量，设计光接收电路，并进行光电转换，再设计放大电路、滤波电路、AD 转换电路及微处理器电路，对测量光的光强度进行标定，最终实现光强度的测量，系统要求精度为1mW。
三、方案设计与比较
方案一：基于光电二极管的光功率测量
1）光电探头的选择：
光电二极管：PD333-3C响应波长为400~1100nm，具有高响应速率、高光电灵敏度等特性。
2）AD转换芯片的选择：
TLC549是8位串行A/D转换器芯可与通用微处理器、控制器通过CLK、CS、DATA OUT三条口线进行串行接口。具有4MHz片内系统时钟和软、硬件控制电路，转换时间最长17μs，TLC549为40 000次/s。总失调误差最大为±0.5LSB，典型功耗值为6mW。采用差分参考电压高阻输入，抗干扰，可按比例量程校准转换范围，VREF-接地，VREF+－VREF-≥1V，可用于较小信号的采样。
方案二：基于硅光电池的光功率测量
1）光电探头的选择：
硅光电池：BPW34具有高光电探测率、比较大的光敏面积、高光电灵敏度，快速响应时间、体积小等特点。
2）AD转换芯片的选择：
（图1）
ADC0809 是8 位逐次逼近型A/D转换器。它由一个8路模拟开关、一个地址锁存译码器、一个A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成（见图1）。多路开关可选通8个模拟通道，允许8 路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE 端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。
方案三：采用集成光强感应芯片
采用已经有的集成光强感应芯片，如下图所示。
BH1710FVC内置了16bitAD转换器,可对广泛的亮度进行1勒克斯的高精度，内置A/D转换器，测定照明度数字值可以直接输出。输出采用I2C BUS接口可以直接与单片机通讯。
方案的比较与选择：
方案一的AD芯片管脚比较少，同时有4MHz片内系统时钟和软、硬件控制电路，芯片的功能能够满足设计的要求，而且使用简单、功能强大。而AD0809使用时还要使用外部时钟，同时还要外接逻辑器件。在使用光电和光伏探测器件的功能上是基本一致的，就是频带响应不一样，对于可见光的光功率的测量二者都可以用。所以采用方案一。
四、实验器件
光功率计探头(光电传感器)，AT89C52单片机，电阻，电容，晶振，1602液晶屏，导线若干。
五、光功率测量原理
1、原理框图
2、各模块功能详解
1）光功率计探头
光功率计探头，是光信号转换为电信号的核心部件。探
头带有光电传感器，用来接收被测光源的辐射并将其转换为
电流信号。探头采用双线正负两个端口输出。当被检测光
源强度发生变化时，传感器输出的电流会随之改变。我们通
过对电流量变化进行转换分析最终获得外部光源的光功率
变化参数。
2）I／U变换
光功率探头输出小电流信号。电流信号与电压信号相
比，长距离传输抗干扰性能较好。但是由于本次试验距离较
短，同时为了与后面电压放大器相匹配，所以要转换为电压
信号。本次设计使用LM358N芯片连接I/U变换电路和放大电路。连接时，光功率探头的输出正端口接入转换电路输入
端，负端口与I／U变换电路共地连接，如图一所示。
图一，I/U变化电路
3）运算放大电路
I/U变换以后输出的信号很微弱，大概是毫伏的量级，要对信号后期处理，首先要进行放大。由于本次试验对电路精度要求不高，这里只设计了一级放大。电路图如图二所示。
图二，运算放大电路
4)低通滤波电路
本实验所得的信号为低频信号，故在进行A/D转换之前要滤除高频信号，我们用两个电容组成的无源低通滤波器作为被刺实验的滤波电路。电路图如图三。
图三，低通滤波电路
5）A/D转换电路
本实验采用TLC549CD芯片实现A/D转换。
TLC549是 TI公司生产的一种低价位、高性能的8位A/D转换器，它以8位开关电容逐次逼近的方法实现 A/D转换，其转换速度小于 17us，最大转换速率为 40000HZ，4MHZ 典型内部系统时钟，电源为 3V至 6V。它能方便地采用三线串行接口方式与各种微处理器连接，构成各种廉价的测控应用系统。
当/CS变为低电平后， TLC549芯片被选中，同时前次转换结果的最高有效位MSB （A7）自 DATA OUT 端输出，接着要求自 I/O CLOCK端输入8个外部时钟信号，前7个 I/O CLOCK 信号的作用，是配合 TLC549 输出前次转换结果的 A6-A0 位，并为本次转换做准备：在第
4个 I/O CLOCK 信号由高至低的跳变之后，片内采样/保持电路对输入模拟量采样开始，第8个 I/O CLOCK 信号的下降沿使片内采样/保持电路进入保持状态并启动 A/D开始转换。转换时间为 36 个系统时钟周期，最大为 17us。直到 A/D转换完成前的这段时间内，TLC549 的控制逻辑要求：或者/CS保持高电平，或者 I/O CLOCK 时钟端保持36个系统时钟周期的低电平。由此可见，在自 TLC549的 I/O CLOCK 端输入8个外部时钟信号期间需要完成以下工作：读入前次A/D转换结果；对本次转换的输入模拟信号采样并保持；启动本次 A/D 转换开始。
TLC549时序图
TLC549与单片机连接图如下所示
模拟信号从2号脚输入，6号脚输出数字信号。
6）LCD显示电路
数字信号经过单片机运算后要通过液晶显示出来，本实验使用的是1062液晶屏显示，1062与单片机连接图如下所示。
1062管脚六、完整电路原理图设计
基于上述思想设计出的完整电路图如下所示。
七、程序设计
现列出单片机程序关键程序代码：
#include
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define ulong unsigned long
char table1[16]=" AD: 0000 ";
char table2[16]=" 00.00 uW "; uchar time,a;
uint Volt,AD;
ulong POW;
int s;
sbit lcdrs=P0^7;
sbit lcdrw=P0^6;
sbit lcden=P0^5;
sbit CS=P3^7; //片选
sbit DO=P3^6; //数据输出
sbit CLK=P3^5; //时钟
void delay(uint z)//延时函数
{
uint x,y;
for(x=z;x>0;x--)
for(y=120;y>0;y--);
}
void write_com(uchar com) //写指令函数{
lcdrs=0;
lcdrw=0;
P2=com;
lcden=1;
delay(2);
lcden=0;
}
void write_data(uchar date) //写数据函数{
lcdrs=1;
lcdrw=0;
P2=date;
lcden=1;
delay(2);
lcden=0;
}
void init() //初始化函数{
lcden=0;
write_com(0x38);
write_com(0x0c);
write_com(0x06);
write_com(0x01);
}
unsigned char TLC549(void) //AD转换，返回结果{
uchar i,temp;
CS=1;
CLK=0;
CS=0;//拉低CS端DO输出最高位
_nop_();
_nop_();
for(i=0;i<8;i++)
{
temp<<=1;
if(DO)
temp|=0x01;
else
temp|=0x00;
CLK=1; //形成一次时钟脉冲
_nop_();
_nop_();
CLK=0;
_nop_();
_nop_();
}
CS=1;
for(i=17;i>0;i--) _nop_(); //延迟17us
return(temp);
}
void Data_Conversion(void) //AD 读数转十进制函数{
AD=TLC549();
if(a<5)
{
s=s+AD;
a++;
if(a==5)
{
table1[8]=s/1000+'0';
table1[9]=s/100%10+'0';
table1[10]=s/10%10+'0';
table1[11]=s%10+'0';
Volt=AD*100/255*5;
POW=(-0.4140)*V olt*V olt+100*10.2729*Volt+10000*1.2273;
POW=POW/100;
table2[4]=POW/1000+'0';
table2[5]=POW/100%10+'0';
table2[7]=POW/10%10+'0';
table2[8]=POW%10+'0';
a=0;
s=0;
}
}
}
void display (uchar x,uchar y,uchar *str)
{
uchar i;
if(x==0) write_com(0x80|y);
if(x==1) write_com(0xc0|y);
for(i=0;i<16;i++)
{
write_data(str[i]);
if(str[i]=='\0') break;
}
}
void main()
{
init();
TMOD=0x01; //设置定时器0为工作方式1(0000 0001)
TH0=(65536-50000)/256; //装初值50ms一次中断
TL0=(65536-50000)%256;
EA=1; //开总中断
ET0=1; //开定时器0中断
TR0=1; //启动定时器0
while(1)
{
delay(800);
display(0,0,table1);
display(1,0,table2);
}
}
void int_adr(void) interrupt 1
{
TH0=(65536-50000)/256; //重装初值
TL0=(65536-50000)%256;
time++;
if(time==1)
{
Data_Conversion();
time=0;
}
}
八、调试设计
产品调试直接关系到产品的质量与性能。软件调试需要用到uVision软件。Keil C51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。与汇编相比。C语言在功能、结构性、可读性、可维护性等方面具有明显的优势．而且易学易用。此外，Keil C51软件还提供有丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，且全Windows界面。Keil C51生成的目标代码效率非常高，多数语句生成的汇编代码都很紧凑，很容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。uVision在编译过程中，能很好的检测出程序的错误与警告。并能直观提示是哪一行程序出了问题．故可方便地对程序进行检测与验证。uVi．sion采用BL5I作连接器，因为BL5l兼容L51，所以．一切能在Dos下工作的project都可以到uVision中进行连接调试。uVision采mdScope for win．dows 作调试器，该调试器支持MON51及系统模拟两种方式，而且功能较for DOS要强大好用，调试功能也很强大。在系统硬件调试中．可利用5l系列仿真器F51—64K 进行硬件仿真，uVision也对5l系列仿真器进行了说明与介绍。同时。uVision 还可与F51—64K进行联合仿真．它可以根据仿真步骤进行实际操作，并利用参考光功率计进行调试，以便此设计程序在语法没有错误的基础上能够正确测量光纤功率。
在实际电路的调试中，曾经出现液晶屏显示电压不稳定，而且信号容易饱和等问题，通过我们积极查找，我们发现 TLC 549的基准电压没有连接电源，电路经过改进后可以顺利输出相对稳定的电压信号。
九、数据记录与拟合
1、输出电压与标准光功率计关系表：
V uW V uW V uW
0 0.05
0.1 2.5 1.1 11.8 2.1 21
0.2 3.22 1.2 12.6 2.2 21.7
0.3 4.59 1.3 13.8 2.3 22.6
0.4 6.01 1.4 14.5 2.4 23.1
0.5 6.8 1.5 15.6 2.5 23.9
0.6 7.83 1.6 16.5 2.6 24.4
0.7 8.75 1.7 17.5 2.7 25
0.8 8.92 1.8 18.9 2.8 25.7
0.9 9.68 1.9 19.6 2.9 26.4
1 10.47
2 20.1
3 27
2、数据拟合图：
00.51 1.52 2.5
5
10
15
20
25
x=[0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,1.6,1.7,1.8,1.9,2.0,2.1,2.2];
y=[0.05,2.5,3.22,4.59,6.01,6.8,7.83,8.75,8.92,9.68,10.47,11.8,12.6,13.8,14.5,15.6,16.5,17.5,18.9,19.6,20.1,21.0,21.7]; p=polyfit(x,y,2) x1=0:0.05:2.2; y1=polyval(p,x1); plot(x,y,'*r',x1,y1,'-b') p =
-0.4140 10.2729 1.2273
3、拟合后，根据函数关系输出的功率信号与标准光功率计对比：
标准/uW 测量/uW
4.24 4.27 7.14 7.24 10.8 11.08 13.6 13.88 15 1
5.7
十、误差分析
根据上述数据，可算得相对误差：
Pi Pi i i /|-X |515
1
∑==?δ
=2.2%
误差分析：
环境光线，以及测量相对位置变化可能引起测量误差。由于整个系统的设计缺陷可能存在较大的系统误差。
十一、成品展示
实物图
工作图
十二、心得体会
光通信技术的飞速发展以及光缆与光纤的大量应用．促使了智能化测试仪器在实验室教学和工程应用中的飞速发展。本文从基础的光电转换技术人手，通过微处理器对信息数据进行处理。并根据需要进行判断。经过反复调试运行，给出了这种数字光功率计的设计方法。该光功率计具有成本低、维护简单、误差小等诸多优点。可满足高校实验室的教学和光通信施工部门的施工检测与维护需求。具有广阔的市场应用前景和参考价值。
本次设计实验，给了我们初学者一个锻炼机会，经历了系统分析，设计，制作，调试和数据处理等各个环节，使我们深刻的了解了产品设计的全过程，也给我们今后独立进行系统设计积累了宝贵的经验。在实际电路的制作过程中，也出现过各种各样的问题，但是通过我们小组的协作配合，我们顺利完成了整个设计过程，也锻炼了我们的团队协作能力。
第37卷第4期应用科技 V o.l 37, .4 2010年4月 Appli ed Sc i ence and T echno l ogy A pr .2010 do :i 10.3969/.j issn .1009-671X.2010.04.003 基于单片机的机器人用红外测距仪系统设计 唐秦崴,瞿哲奕,朱熀秋 (江苏大学电气信息工程学院,江苏镇江212013) 摘 要:针对机器人智能倒车防护的问题,提出了以单片机AT 89S52为控制核心,采用红外测距技术设计机器人用红外测距仪系统,由单片机处理环境信息,红外测距仪发出停车提示或直接执行停车,不需要驾驶员亲自根据信息作判断,具有显著的智能化.论文采用红外管和AT 89S52单片机,设计和制作了红外测距仪系统硬件电路,并且开发了相关软件.试验表明:研制的基于单片机的红外测距仪,机器人停车时距预期位置最大误差不超过4c m,工作可靠,性能良好,确保机器人倒车的智能性和稳定性.关键词:单片机;机器人;红外测距仪;系统设计 中图分类号:TP273.4 文献标识码:A 文章编号:1009-671X (2010)04-0011-04 Desi gn of i nfrared range fi nder syste m for a robot based on a si ngle chip m icroco mputer TANG Q in w e,i QU Zhe y,i Z HU Huang qiu (Schoo l of E lectrica l and In f o r m ati on Eng i neer i ng ,Jiangsu U niversit y ,Zhenjiang 212000,Ch i na) A bstract :A i m i n g at the proble m of r obot inte lligent par k i n g pr o tecti o n ,an i n frared range fi n der is designed by u sing the i n frared rang i n g techno logy for par k i n g syste m based on a si n g le ch ip m icr oco mputer AT89S52.The i n fra red range finder can send out par k i n g si g na lpro m ptly or execute parking directly .The driver does not need to j u dge infor m ati o n by h i m se l;f t h e i n for m ati o n is processed by a sing le ch i p m icroco m puter AT89S52,and t h e infrared range fi n der has disti n ct i n telli g ent f u nction.This paper i n troduces t h e soft w are and har dw are c ircuits o f an infrared range finder parking syste m ,w hich are designed and deve l o ped w it h an infrared tube and a si n g le ch i p m i c roco m puter .The experi m ental resu lts have shown that the i n frared range based on a si n g le chip m icroco m puter operates reliab l y and m easures exactl y ,having good perfor m ance w ith the m ax i m um error of no tm ore than 4c m,thus the robo ts 'i n telli g ence and stab ility are i n sured.K eywords :si n g l e ch i p m icroco m puter ;robo ;t i n frared range finder ;syste m desi g n 收稿日期:2009 12 03. 项目基金:国家高技术研究发展计划基金资助项目(2007AA04Z213);江苏省高等学校大学生实践创新训练计划基金资助项目(2008 297).作者简介:唐秦崴(1986 ),男,大学本科,主要研究方向:机器人编程及硬件制作,E m ai:l tqw86107@yahoo .co https://www.doczj.com/doc/7b13738335.html, . 机器人智能倒车防护有利于机器人安全可靠运行.目前投入应用的机器人智能倒车防护技术主要有2种:一种是车载雷达(超声波技术)测距倒车防护 [1-4] ;一种是摄像头视觉防护 [5-6] .车载雷达测距 十分精确,智能化程度较高,但造价较为昂贵;摄像头视觉防护虽然可以让驾驶员实时获取身后的环境信息,但对距离的测量则仍需要外加其他设备的辅助,驾驶员仍然需要亲自通过肉眼判断身后的情况,智能化有所不足.基于红外管以及单片机技术的机器人用测距仪采用单片机独立处理环境信息并发出 停车提示或直接执行停车,不需要驾驶员亲自根据信息作判断,能够实现智能化防护提示或停车.采用的红外技术虽然在精准度上不及超声波技术,但对于机器人已经足够,并且对突然出现的行人的敏感度不亚于超声波技术,所以拥有同超声波技术同等的安全性.同时由于红外发射、接受装置以及使用的AT89S52单片机芯片成本低廉,本系统较雷达测距仪更易于商业推广.
一设计题目基于51单片机的超声波测距 二设计者 姓名班级学号组号 三、设计思路及框图、原理图 任务：以单片机为核心，设计并制作一超声波测距系统基本要求： 利用时间差测距，不考虑温度变化 用数码管显示测试结果 工作频率：450kHz 测距范围：0.5~10米 测试精度： 10% 发挥部分尽量增大测控范围，提高测试精度 1.系统的硬件结构设计 1.1. 超声波发生电路 发射电路主要由反相器74LS04和超声波发射换能器T构成，单片机P1.0端口输出的450kHz的方波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极，用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端，可以提高超声波的发射强度。输出端采两个反向器并联，用以提高驱动能力。上位电阻R1O、R11一方面可以提高反向器74LS04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡时间。 1.2超声波检测接收电路 采用集成电路CX20106A为超声波接收芯片。实验证明用CX20106A接收超声波(无信号时输出高电平)，具有很好的灵敏度和较强的抗干扰能力。适当更改电
容C4的大小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。 1.3 显示电路 显示电路主要由74ls273芯片驱动，用PNPC8550三级管进行位选，七段共阳极数码管显示。 2.系统的软件结构设计 设计思路 主程序中包括温度补偿子程序，计算子程序，显示子程序。采用汇编编程。首先进行系统初始化。其次利用循环产生4个40KHZ的方波，由输出口进行输出，并开始计时。第三等待中断，若超声波被接收探头捕捉到，那么通过中断可测得
一、设计题目 光功率计的功能完善 二、设计要求 1、设计一光电转换电路,将所收到的光信号转变为可测量的电信号。 2、测试转换后的电信号,并显示电压值。 3、使光功率计的量程、精度等方面得到完善 三、分析设计 1、工作原理 光功率计主要用于测量光信号的强弱，其内部原理如图1.1所示，光探头就是光敏感面面积较大（直径为1.10mm）的半导体ＰＩＮ光电二极管，加上Ｉ层的ＰＮ结二极管可以提高探测灵敏度和响应速度。被测光通过光纤接口投射到光探头的光敏面上时，半导体中的价带电子激发到导带，偏置电路中便会出现光电流，通过负载电阻实现I/V变换，此电压信号再经滤波放大后，最后由数字式显示器显示。光电流的大小是随输入射光的强度变化的，也就是说负载上电压信号的大小就反应了光强变化，所以显示器可以直接读出光功率的大小。 图1.1光功率计原理框图 2、模块介绍及功能 （1）光电转换、I/V变换放大 将一定功率的光信号经过光电二极管转化为电流信号，再经过滤波通过一个变阻器转化为电压信号，再经过运放变为符合数模转化的电压信号。 图1.2 数字光功率计的光电转换电路图
（2）模数转换及显示 ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。 图1.3 ADC0809的管脚图 AT89C51单片机是Atmel公司的生产的一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机，内部除CPU外，还包括128字节RAM，4个8位并行I/O口，5个中断优先级，2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，片内集成4K 字节可改变程序Flash存储器，具有低功耗，速度快，程序擦写方便等优点，完全满足本系统设计需要。 单片机P0口作为ADC0804转换数据的输入端，P3.0接ADC0809的EOC 端检测数据转换是否结束。P0.0～P0.3则作为４个数码管的位选信号控制。P3口有特殊的功能，P3.1用于控制ADC0804的启动，P2用于控制读取ADC0804的转换结果。
测控技术与仪器专业课程设计报告 班级姓名学号起始时间 课程设计题目： 测控技术与仪器专业课程设计报告 摘 要：本文介绍了一种基于单片机的超声波测距仪的设计。详细给出了超声波测距仪的工作原理、超 声波发射电路和接受电路、测温电路、显示电路等硬件设计，以及相应的软件设计。设计中采用升压电路，提高了超声换能器的输出能力；采用红外接收芯片，减少了电路间相互干扰，提高了灵敏度;同时，考虑了环境温度对超声波测距的影响，采用温度传感器，提高了测量精度。该设计试验运行良好，系统结构简单、操作方便、价格低廉，具有广阔的推广前景。 关键字：超声波测距仪；超声波换能器；单片机；温度传感器 1 对题目的认识和理解 目前，常用的测距方法主要有毫米波测距、激光测距和超声波测距三种。超声波测距较前两种测距方法而言，具有指向性强、能耗缓慢、受环境因素影响较小等特点，广泛应用于如井深、液位、管道长度、倒车等短距离测量。 超声波测距适用于高精度中长距离测量。因为超声波在标准空气中传播速度为331.45m/s ，由单片机负责计时，单片机使用12.0M 晶振，所以此系统测量精度理论上可以达到毫米级。 目前比较普遍的测距的原理是：通过发射具有特征频率的超声波对被摄目标的探测，通过发射出特征频率的超声波和反射回接受到特征频率的超声波所用的时间，换算出距离，如超声波液位物位传感器，超声波探头，适合需要非接触测量场合，超声波测厚，超声波汽车测距告警装置等。 本设计选用频率为40kHZ 左右的超声波，它在空气中传播的效率最佳。由于超声波测距主要受温度影响较大，所以本设计增加了温度补偿电路。本设计具有电路简单、操作简便工作稳定可靠、测距精确和能耗小、成本低等特点，可实现无接触式测量，应用广泛。 1.1 超声波测距原理 超声波测距是通过超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即反射回来，超声波接收器收到回波就立即停止计时。根据计时器测出发射和接收回波的时间差t ，可以计算出发射点距障碍物的距离s ：2 = t c s ，其中t c 为超声波在空气中的传 播速度，它随温度的变化而变化，其变化关系如下：331.50.6=+t c T 式中T 为环境摄氏温度，可由温 度传感器获取。
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：基于单片机的红外测距系统设计 系：电子信息科学系学号： 20100802041 姓名：钱源 一、论文选题的目的和意义 红外线是不可见光，是电磁波的一种形式，可以用来进行距离的测量，其应用历史可以追溯到上世纪60年代。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。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，便于民用推广。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。 红外测距的研究就非常有意义了。红外线测距仪指的就是激光红外线测距仪,红外测距仪----用调制的红外光进行精密测距的仪器，测程一般为1-5公里。在100米以内则超声波测距更有优势,但是超声波测距的距离一般无法测量1米以内,而红外测距则可以这一段距离的不足,而且有着不错的精度,在本课题中研究的就是这一类情况的红外线测距。 二、国内外关于该论题的研究现状和发展趋势 （1）国内： 根据《国内近年来红外光电测距仪的发展情况》，随着国家对外开放政策的实施和测量工作的需要,近年来国内一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,我国有关工厂和院校近年来也研制出一些产品。由于微处理机在国产测距仪上的应用,大大缩小了仪器的体积,同时也减少了出故障的几率,使得国产测距仪的性能和质量都较过去有很大的提高。在国家“六·五”计划攻关中,常州第二电子仪器厂研制的DCHZ 型多功能红外测距仪就是一个很好的例证。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认为:该仪器外型美观、体积小、重量
基于AT89C52单片机的光功率计的设计
基于AT89C52单片机的光功率计的设计 一、背景概述 随着技术的不断进步激光技术在各行业中得到了广泛的应用，对光功率测量技术也提出了更高的要求。传统的光功率测量系统设计是在探测器输出信号后，经放大、A／D转换，直接数字显示，同时有调零电路、定标电路，对于光电型还有波长选择开关。随着电子技术的发展，这种设计方法显然已经过时，当前的设计使用单片机技术，或者使测量电路和微机接口、软件和硬件相结合，实现智能测量，使采集和处理测量数据由单片机完成．而不需要人来操作，可以在特殊的环境中完成测量。 光功率定义 光功率是光在单位时间内所做的功。光功率常用单位是毫瓦(mW)和分贝(dB)，其中两者关系为lmW=0dB，而小于1mw 的分贝为负值。例如，在光纤收发器或交换机说明书中，有其产生的发光和接收光功率，通常发光小于0dB。接收端所能够接收的最小光功率称为灵敏度，能接收的最大光功率减去灵敏度的值称为动态范围，发光功率减去接收灵敏度是允许光纤损耗
值。 光功率计的设计要点 针对实际应用，要选择适合的光功率计，应该关注以下 各点： (1)选择最优的探头类型和接口类型。 (2)评价校准精度和编写校准程序，与光纤和接头要求 范围相匹配。 (3)确定这些型号与测量范围和显示分辨率相一致。 (4)具备直接插入损耗测量功能。 二、实验目的和意义 “光电子测量设计”是电子科学与技术专业的必修实践环节，该课程是以测量为主线， 应用光电子技术解决一个测量问题。学生通过具体解决测量问题的训练过程，理解测量的基 本概念，掌握应用光电子技术解决测量问题的基本方法，学会测量误差分析、数据处理等。 该课程对于培养有计量特色的光电子技术人才十分重要。 基于光电转换器件的光强度的测量，设计光接收电路，并进行光电转换，再设计放大电路、滤波电路、AD 转换电路及微处理器电路，对测量光的光强度进行标定，最终实现光强度的测量，系统要求精度为1mW。 三、方案设计与比较
武汉大学珞珈学院毕业论文 基于单片机的红外测距系统设计
摘要 现代科学技术的发展，进入了很多新领域，而在测距方面先后出现了激光测距、微波雷达测距、超声波测距及红外光测距。为了实现物体近距离、高精度的无线测量而采用了红外发射接收模块作为距离传感器，单片机作为处理器，编写A/D转换和显示程序，完成了一套便推式的红外距离测量系统，系统可以高精度的实时显示所测的距离，本系统结构简单可靠、体积小、测量精度高、方便使用。 红外测距的探测距离较短，一般在几十厘米之内，本文介绍的一种基于AT89C52单片机设计的红外测距仪，可以测量距离。 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MCP3001芯片的简介。其次，阐述了与红外测距的工作原理基本结构，对红外测距传感器也做了详细说明。再次，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的函数。最后，是对整个设计的结论，说明了红外测距实现的可行性。 关键词：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 课题研究的背景和意义 (1) 1.2 本课题研究的热点及发展现状 (2) 1.3 本课题研究的目的 (2) 1.4 本课题研究的内容 (3) 第2章红外测距的工作原理与基本结构 (4) 2.1.方案及设计思想： (4) 2.2 红外测距系统的基本结构 (5) 第3章红外测距的硬件设计 (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 (10) 3.4 AT89C52单片机概述 (11) 3.5整个红外测距系统显示 (13) 第4章红外测距的软件设计 (15) 4.1 程序流程图 (15) 第5章系统软硬件调试 (17) 5.1 硬件调试 (17) 5.2 软件调试 (17) 5.3测试结果绘图 (17) 5.4 调试中遇到的问题 (19) 结论 (20) 参考文献 (21) 附录 (1) 后记 (29)
专业课程设计报告 一、设计题目： 光功率计的制作 二、设计要求： 1．利用LD激光二极管作为光源，设计电路测其光功率值大小 2．用数码管显示数值 3．根据数码管显示数值，通过分析，计算光功率值 4．分析实验中存在误差，尽量的克服和消除。 5．记录实验数据，与LD激光二极管光功率真实值大小对照并分析误差等 6．书写实习报告等 三、分析设计 1：光功率计设计分析过程： (a) LD激光二极管发出光信号通过光电接收器（PIN）转化为电信号（电流）。 其中光功率P与电流I存在如下关系：
I=RP （R光电检测器的响应度，P为LD输出光功率值） （b）使用LD,由于光检测器（PIN）形成的是小信号电流，所以必须设计放大电路对小信号进行放大，以达到模数转换芯片所能正常工作所需电压幅值的要求.由于此实验只用到+5v直流电压，对于直流信号只需加电阻放大即可。 (c) 把此电压U的正负两端分别与数码管的31，30管脚相连，经过ICL7107A/D模数转换，用数码管将放大的电压电信号显示出来。(d) 当光信号发生变化时，数码管所显示的数值随放大电路参数的改变而成比例变化，即设计基本正确；数码管所显示的电压值就是此时输入的光功率值的代换值。 即:P=U/（R1*R）其中R：光电检测器响应度 2:光功率计的设计思想: 测量光功率是光纤通信测量一个重要步骤，测量光功率有热学法和光电法和其他的特殊方法。由于我们所学知识的限制，我们通过自己所熟悉的光电法来实现功率计的制作。 光电法就是用光电检测器检测光功率，设计中使用PIN光电二极管作为光电检测器。实质上是测量PIN在受光辐射后产生的微弱电流，根据光功率P与PIN生成电流I的关系式; I=RP 此电流与入射到光敏面上的光功率成正比，R为光电检测器的响应度。检测到的电流经过I/V变换，波长矫正后，再经过A/D转换模块，把模
中北大学 毕业设计开题报告 学生姓名：学号： 学院、系：信息与通信工程学院 专业：通信工程 设计题目：基于单片机的超声测距仪设计 指导教师:丁永红 2012年 3 月10日
毕业设计开题报告 1．结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述： 文献综述 1、课题研究目的意义 随着科学技术的快速发展，超声波将在传感器中的应用越来越广。在人类文明的历次产业革命中，传感技术一直扮演着先行官的重要角色，它是贯穿各个技术和应用领域的关键技术，在人们可以想象的所有领域中，它几乎无所不在。传感器是世界各国发展最快的产业之一，在各国有关研究、生产、应用部门的共同努力下，传感器技术得到了飞速的发展和进步。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的传感技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域[1]。 超声波测距与其它非接触式的检测方式方法相比，如电磁的或光学的方法它不受光线，被测对象颜色，电磁干扰等影响。超声波对于被测物体处于黑暗，有灰尘，烟雾，电磁干扰，有毒等恶劣的环境有一定的适应能力[2]。因此在液位测量，机械手控制，车辆自动导航，物体识别等方面有广泛应用。特别是应用于空气测距，由于空气中波速较慢，其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来，具有很高的分辩力，因而其准确度也较其它方法高，而且超声波传感器具有结构简单，体积小，信号处理可靠等特点[3]。 超声波是一种指向性强，能量消耗慢的波。它在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，可解决超长度的测量[4]。 超声波作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的基本物理特性、反射、折射、干涉、衍射、散射与物理紧密联系，应用灵活。并且更适合与高温、高粉尘、高湿度和高强电磁干扰等恶劣环境下工作。
基于单片机的超声波测距仪设计
基于单片机的超声波测距仪设计 1总体设计方案介绍 1.1超声波测距原理 发射器发出的超声波以速度υ在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收器接收，其往返时间为t，由s=vt/2即可算出被测物体的距离。由于超声波也是一种声波，其声速v 与温度有关，下表列出了几种不同温度下的声速。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。 表1-1 超声波波速与温度的关系表 表1-1 1.2超声波测距仪原理框图如下图 单片机发出40kHZ的信号，经放大后通过超声波发射器输出；超声波接收器将接收到的超声波信号经放大器放大，用锁相环电路进行检波处理后，启动单片机中断程序，测得时间为t，再由软件进行判别、计算，得出距离数并送LED
显示。 图1-1 超声波测距仪原理框图 2 系统的硬件结构设计 硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分。单片机采用AT89C51或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。单片机用P1.0端口输出超声波换能器所需的40kHz的方波信号，利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的4位共阳LED数码管，段码用74LS244驱动，位码用PNP三极管8550驱动。 2.1 51系列单片机的功能特点及测距原理 2.1.1 51系列单片机的功能特点 5l系列单片机中典型芯片(AT89C51)采用40引脚双列直插封装(DIP)形式，内部由CPU，4kB的ROM，256 B的RAM，2个16b的定时／计数器TO和T1，4个8 b的工／O端I：IP0，
本科生毕业设计基于单片机的激光测距 院系电气信息工程学院 专业电子信息工程 班级 学号 学生姓名 联系方式 指导教师职称： 2011年 5 月
独创性声明 本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计）是本人在指导老师指导下取得的研究成果。除了文中特别加以注释和致谢的地方外，论文（设计）中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果。与本研究成果相关的所有人所做出的任何贡献均已在论文（设计）中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 年月日 授权声明 本人完全了解许昌学院有关保留、使用本科生毕业论文（设计）的规定，即：有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业论文（设计）的复印件和磁盘，允许毕业论文（设计）被查阅和借阅。本人授权许昌学院可以将毕业论文（设计）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文（设计）。 本人论文（设计）中有原创性数据需要保密的部分为（如没有，请填写“无”）： 签名： 年月日 指导教师签名： 年月日
激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性等优点，所以，利用激光传感器技术和自动控制技术相结合的测距方案中，激光测距是目前应用最普遍的一种，本课题介绍了激光传感器的原理和特性，以及Atmel公司的AT87C51单片机的性能和特点，并在分析了激光测距的原理基础上，指出了设计测距系统的思路和所需考虑的问题，给出了以AT87C51单片机为核心的低成本，高精度。微型化数字显示激光测距的硬件电路和软件设计方法，该系统设计合理，工作稳定，能量良好，检测速度快，计算简单。易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业应用的要求。 关键字：激光；测距；单片机 ABSTRACT Laser possesses high brightness, high directional, high monochromatic and high coherence wait for an advantage, therefore, by using laser sensor technology and automatic control technology in combination of measurement program, laser range is most broadly applied , the subject of laser sensors is introduced, and the principle and characteristics of single chip AT87C51 Atmel company performance and characteristics, and analyzes the principle of laser range finder, points out the basis of ideas and design ranging system needed consider the question, given a AT87C51 singlechip is low cost, high precision. Miniaturization digital display laser ranging hardware circuit and software design method, the system design is reasonable, stable work, energy, detection speed, good simple calculation. Easy to achieve real-time control, and the precision in measurement can reach the request of industrial applications. Key word: laser; ranging; microcontroller
北京联合大学应用科技学院 实训报告 基于单片机的红外测距系统设计 系别电子 专业电子信息工程技术 年级12级02班 组长：张祎楠2012191294068 组员：殷跃2012191294070 白雨童2012191294063
目录 第1章绪论 (1) 1.1 本课题研究的目的 (1) 1.2 本课题研究的内容 (1) 13整个红外测距系统显示 (4) 第2章红外测距的软件设计 (5) 后记 (6)
第1章绪论 1.3 本课题研究的目的 我们所进行的课题便是做一个简易的，精确的，近距离的距离检测仪，这也是对我们所学知识的一种考验方法，从中我们可以更系统的认识单片机，了解AD转换和红外收发模块。 1.4 本课题研究的内容 红外传感器的测距基本原理为：红外发射电路的红外发光管发出红外光，红外接收电路的光敏接收管接收发射光，根据发射光的强弱判断出所测的距离。由于接收管接收的光强度是随着发光管与测量物的距离变化而变化的，因而，与测量物的距离近则接收光强，距离远则接收光弱。 具体方法如图1所示，红外模块发出并接收到红外线信号；AD转换模块将接收到的模拟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,再由软件进行判别、计算，得出距离数并送给LED/LCD显示。 红外模块 电压距离公式 AD模块 单片机 显示模块 图1.1 反射能量法原理
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，这是单片机最小的系统。XTAL1和XTAL2串连一个晶振，并且分别接上一个20p的电容，两个电容另一端都接地，构成时钟电路。RST同时接上100p电容，4脚按键，1k电阻，4脚按键另一端接上一个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端同时接LED的D1-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。 MCP3001的VREF接vcc，IN+接红外距离传感器的Vo。 软件程序 #include
一设计要求 （1）设计一个以单片机为核心的超声波测距仪，可以应用于汽车倒车、工业现场的位置监控； （2）测量范围在0.50～4.00m，测量精度1cm； （3）测量时与被测物无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。 二超声波测距系统电路总体设计方案 本系统硬件部分由AT89S52控制器、超声波发射电路及接收电路、温度测量电路、声音报警电路和LCD显示电路组成。汽车行进时LCD显示环境温度，当倒车时，发射和接收电路工作，经过AT89S52数据处理将距离也显示到LCD 上，如果距离小于设定值时，报警电路会鸣叫，提醒司机注意车距。超声波测距器的系统框图如下图所示： 图5 系统设计总框图 由单片机AT89S52编程产生10us以上的高电平，由指定引脚输出，就可以在指定接收口等待高电平输出。一旦有高电平输出，即在模块中经过放大电路，驱动超声波发射探头发射超声波。发射出去的超声波经障碍物反射回来后，由超声波接收头接收到信号，通过接收电路的处理，指定接收口即变为低电平，读取单片机中定时器的值。单片机利用声波的传播速度和发射脉冲到接收反射脉冲的
时间间隔计算出障碍物的距离，并由单片机控制显示出来。 由时序图可以看出，超声波测距模块的发射端在T0时刻发射方波，同时启动定时器开始计时，当收到回波后，产生一负跳变到单片机中断口，单片机响应中断程序，定时器停止计数。计算时间差，即可得到超声波在媒介中传播的时间t，由此便可计算出距离。 图6 时序图 三超声波发射和接收电路的设计 分立元件构成的发射和接收电路容易受到外界的干扰，体积和功耗也比较大。而集成电路构成的发射和接收电路具有调试简单，可靠性好，抗干扰能力强，体积小，功耗低的优点，所以优先采用集成电路来设计收发电路。 3．1 超声波发射电路 超声波发射电路包括超声波产生电路和超声波发射控制电路两部分，可采用软件发生法和硬件方法产生超声波。在超声波的发射电路的设计中，我们采用电路结构简单的集成电路构成发射电路：
光纤通信中的综合设计实验 实验二十四简易光功率计设计实验 一、实验目的 1、学习检测器光电转换原理 2、了解测试仪器校准方法 3、掌握光功率计设计基本思路 二、实验要求 1、根据I-P特性曲线设计简易光功率计 2、对自己所设计的光功率计进行校准 三、预备知识 1、了解光功率计的用途，用法 四、实验仪器 1、ZY12OFCom13BG3型光纤通信原理实验箱 1台 2、光功率计 1台 3、FC/PC-FC/PC单模光跳线 1根 4、万用表 1台 5、连接导线 20根 五、实验原理 光通信离不开光功率这个重要参数，而光功率计就是测量光功率的仪表。测量光功率有热学法和光电法。热学法在波长特性，测量精度等方面较好，但响应速度慢，灵敏度低，设备体积大。光电法有较快的响应速度、良好的线性特性而且灵敏度高，测量范围大，但其波长特性和测量精度方面不如热学法。 光电法就是用光电检测器检测光功率，实质上是测量光电检测器在受光辐射后产生的微弱电流，该电流与入射到光敏面上的光功率成正比，因此，此类光功率计实际上是半导体光电传感器（即检测器，亦称探测器）与电子电路组成的放大、数据处理单元的组合。 电子电路部分一般称为主机，半导体光电传感器称为探头。基本原理方框图如图24-1所示。 图24-1 光电型光功率计原理方框图 要设计一台完整的光功率计，其设计电路必须包括光电变换器（光电探测器），I-V变换电路，低通滤波器，波长矫正电路，A-D变换，数字显示等部分。而其最基本的检测原理就是光电探测器I-P的线性关系。即探测器的输出电流大小与输入光功率成线性关系。利用实验五中所测得的探测器的I-P特性曲线，若测得探测器的输出电流大小，即可得出输入光
基于STM32的红外测距系统设计 摘要 随着现代科学技术的发展，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行了研究。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。本系统结构简单、体积小、测量精度高、成本低、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基本结构并对单片机、红外传感器、LCD液晶显示屏的工作电路做了介绍；再次，对系统进行了整体设计构想，先后对系统硬件及软件进行设计，并对整个系统的功能进行了调试。最后对整个设计进行总结，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；LCD
STM32-based infrared ranging system design Abstract With the development of modern science and technology, there are many new areas, in order to achieve the object close range, high-precision wireless 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, complete set of precision display, real-time measurement of infrared ranging system. This system has the advantages of simple structure, small size and high accuracy, low cost and convenient use. This paper introduced is based STM32 microcontroller and use of Japan's Sharp Corporation model GP2Y0A21 infrared sensor designed infrared ranging system. Firstly, introduce the classification and application of infrared distance 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 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
基于AT89C52单片机的光功率计的设计 一、背景概述 随着技术的不断进步激光技术在各行业中得到了广泛的应用，对光功率测量技术也提出了更高的要求。传统的光功率测量系统设计是在探测器输出信号后，经放大、A／D转换，直接数字显示，同时有调零电路、定标电路，对于光电型还有波长选择开关。随着电子技术的发展，这种设计方法显然已经过时，当前的设计使用单片机技术，或者使测量电路和微机接口、软件和硬件相结合，实现智能测量，使采集和处理测量数据由单片机完成．而不需要人来操作，可以在特殊的环境中完成测量。 光功率定义 光功率是光在单位时间内所做的功。光功率常用单位是毫瓦(mW)和分贝(dB)，其中两者关系为lmW=0dB，而小于1mw 的分贝为负值。例如，在光纤收发器或交换机说明书中，有其产生的发光和接收光功率，通常发光小于0dB。接收端所能够接收的最小光功率称为灵敏度，能接收的最大光功率减去灵敏度的值称为动态范围，发光功率减去接收灵敏度是允许光纤损耗值。 光功率计的设计要点 针对实际应用，要选择适合的光功率计，应该关注以下 各点： (1)选择最优的探头类型和接口类型。 (2)评价校准精度和编写校准程序，与光纤和接头要求 范围相匹配。 (3)确定这些型号与测量范围和显示分辨率相一致。 (4)具备直接插入损耗测量功能。 二、实验目的和意义 “光电子测量设计”是电子科学与技术专业的必修实践环节，该课程是以测量为主线，应用光电子技术解决一个测量问题。学生通过具体解决测量问题的训练过程，理解测量的基本概念，掌握应用光电子技术解决测量问题的基本方法，学会测量误差分析、数据处理等。该课程对于培养有计量特色的光电子技术人才十分重要。 基于光电转换器件的光强度的测量，设计光接收电路，并进行光电转换，再设计放大电路、滤波电路、AD 转换电路及微处理器电路，对测量光的光强度进行标定，最终实现光强度的测量，系统要求精度为1mW。 三、方案设计与比较 方案一：基于光电二极管的光功率测量 1）光电探头的选择： 光电二极管：PD333-3C响应波长为400~1100nm，具有高响应速率、高光电灵敏度等特性。 2）AD转换芯片的选择：
基于单片机的超声波测距系统的研究与设计 发表时间：2010-05-26T14:50:36.437Z 来源：《赤子》2010年第2期供稿作者：贾岩孙彩英 [导读] 随着汽车的日益普及，停车场越来越拥堵，车辆常常需要在停车场穿行，掉头或倒车 贾岩孙彩英（哈尔滨学院，黑龙江哈尔滨 150000） 摘要：简析超声波测踞原理，探讨基于单片机的超声波测距系统的研究与设计。 关键词：单片机；超声波；测距 随着汽车的日益普及，停车场越来越拥堵，车辆常常需要在停车场穿行，掉头或倒车。由于这些低速行驶的车辆与其他车辆非常的接近，司机的视野也颇受限制，碰撞与拖挂的事故经常发生，在夜间时则更加显著。为了确保汽车的安全，现介绍一种超声波测距离的报警装置，可有效的避免此类事故的发生。 1 超声波测距原理 超声波传感器分机械方式和电气方式两类，它实际上是一种换能器，在发射端它把电能或机械能转换成声能，接收端则反之。本次设计超声波传感器采用电气方式中的压电式超声波换能器，它是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，就成为超声波接收器。在超声波电路中，发射端输出一系列脉冲方波，脉冲宽度越大，输出的个数越多，能量越大，所能测的距离也越远。超声波发射换能器与接收换能器其结构上稍有不同，使用时应分清器件上的标志。 超声波测距的方法有多种：如往返时间检测法、相位检测法、声波幅值检测法。本设计采用往返时间检测法测距。其原理是超声波传感器发射一定频率的超声波，借助空气媒质传播，到达测量目标或障碍物后反射回来，经反射后由超声波接收器接收脉冲，其所经历的时间即往返时间，往返时间与超声波传播的路程的远近有关。测试传输时间可以得出距离。 假定s为被测物体到测距仪之间的距离，测得的时间为t/s，超声波传播速度为v/m·s-1表示，则有关系式（1） s=vt/2（1） 在精度要求较高的情况下，需要考虑温度对超声波传播速度的影响，按式（2）对超声波传播速度加以修正，以减小误差。 v=331.4+0.607T（2） 式中，T为实际温度单位为℃，v为超声波在介质中的传播速度单位为m/s。 2 系统结构 本系统由超声波发射、回波信号接收、温度测量、显示和报警、电源等硬件电路部分以及相应的软件部分构成。 3 超声波发射电路 在本系统中采用的超声传感器是一种开发型的，固有频率为40Khz。超声波发射电路如。 该电路采用由双非门组成的三点RC振荡电路，频率为40Khz，与非门A是超声波发射控制门，振荡器的振荡信号经4049放大后可直接推动超声波发射探头。二极管D1，D2起限制电压的作用，电容C1用于隔离直流。 4 超声波接收电路 超声波接收电路由以MC3403为核心的三级滤波放大电路和二极管的倍压稳流电路等组成。处理好的回波信号被送到ARM的A/D转换模块进行A/D采样，从而触发得到返回的时间。德州仪器公司的MC3403的具体引脚配置。 5 声光报警电路 声光报警电路AP8821来完成。AP8821是API型21秒一次性编程语音芯片。它具有高质量的录音功能，采用ADPCM制，声音信息存储在512K的EPROM中，6K取样频率能存储21秒的声音数据。AP8821避免采用复杂的电路，但是能录制出不同的声音。它的声音可以根据需要分14段录制，分段组合可达到长时间录音，效果并不是简单的音符曲调。而是极其逼真的话语或模拟声音。AP8821有两个PWM引脚，VOUT1与VOUT2直接驱动喇叭或蜂鸣器，电流输出引脚VOUT。通过一个NPN晶体管来驱动喇叭或蜂鸣器，不需要复杂的滤波和放大电路。具有自动平滑功能，在放音结束时消除噪音。 6 LCD显示部分 本设计显示部分采用字符型TC1602液晶显示所测距离值。TC1602显示的容量为2行16个字。液晶显示屏有微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧、使用方便等诸多优点，与数码管相比，显得更专业、美观。 7 超声波汽车倒车防撞系统的软件设计 超声波传感器安装在汽车的尾部，其接收和发射传感器距离较近，之间容易有较强的干扰信号。为防止误测现象，在软件上采用延迟接收技术，一次提高系统的抗干扰能力。 系统软件设计采用模块化设计，主要包括主程序设计、T1中断服务子程序、INT0外部中断服务子程序、测温子程序、距离计算子程序、显示子程序、延时子程序和报警子程序设计等。 系统软件编制时应考虑相关硬件的连线，同时还要进行存储空间、寄存器以及定时器和外部中断引脚的分配和使用。定时器T1，T0均工作在工作方式1，为16位计数，T1定时器被用来开启一次测距过程以它的溢出为标志开始一个发射测量循环，T0定时器是用来计算脉冲往返时间，它们的初值均设为0。 系统初始化后就启动定时器T1从0开始计数，此时主程序进入等待，当到达65 ms时T1溢出进入T1中断服务子程序；在T1中断服务子程序中将启动一次新的超声波发射，同时开启定时器T0计时，为了避免直射波的绕射，需要延迟1 ms后再开INT0中断允许；INT0中断允许打开后，将提出中断请求进入INT0中断服务子程序，在INT0中断服务子程序中将停止定时器T0计时，读取定时器T0时间值到相应的存储区，同时设置接收成功标志；主程序一旦检测到接收成功标志，将调用测温子程序，采集超声波测距时的环境温度，并换算出准确的声速，存储到RAM存储单元中；单片机再调用距离计算子程序进行计算，计算出传感器到目标物体之间的距离；此后主程序调用显示子程序进行显示；若超过设定的最小报警距离还将启动扬声器报警；当一次发射、接收、显示的过程完成后，系统将延迟100ms重新让T1置初值，再次启动T1以溢出，进入下一次测距。如果由于障碍物过远，超出量程，以致在T0溢出时尚未接收到回波，则显示“ERROR”重新回到