基于单片机的机器人用红外测距仪系统设计 (1)

2011年小学期单片机设计实验报告题目：红外测速报警系统在工程实践中，经常会遇到各种需要测量移动速度的场合，高精度和非接触测量往往给测量提出了高的要求。

红外光电传感器的工作原理较为方便易行，且精度较高，在此基础上采用单片机进行计数测量,并用输出设备显示测量结果，为远程检测与监控提供了合理的选择。

本次我们制作的是基于pic32单片机的能够自行设置最高限速并进行红外测速报警的测速系统。

本方案采用单片机PIC32MX795F512L为控制核心，实现测速报警系统的基本功能。

系统的硬件部分主要包括单片机板块、数据采集、人机交互界面三大部分。

数据采集由内部计时系统和红外线发射/接收系统实现，人机交互界面主要为4×4标准输入键盘和RT1602C点阵式液晶显示器，另外再加上与单片机相连受其控制的蜂鸣器，实现报警功能。

整个系统中，微控制器采用了Microchip公司的PIC32MX795F512L，软件设计中涉及PORTE、PORTD和PORTG等相关管脚用作普通数字I/O脚。

本实验用单片机PORTE和PORTG相关管脚控制液晶显示器的读写；用PORTB和PORTF相关管脚接收键盘的输入高低电位，进而获取输入信息；用PORTD某些管脚来控制蜂鸣器的启动/关闭，以及接受红外对管的电平信号。

关键词：PIC单片机红外信号输入/输出 C语言AbstractIn engineering practice, we often encounter a variety of situations where we need to measure moving speed,and accuracy and non-contact measurement to measurement often require high demand. Infrared optical sensor is convenient and easy to use, and high accuracy, and using single-chip to count on the basis of Infrared optical sensor and displaying the measurement results with the output device provides a reasonable choice for remote detection and monitoring.This time our production is based on PIC32 microcontroller, which can set the maximum speed limit and measure the speed with the infrared alarm system. The program take PIC32MX795F512L as controlling core to achieve the basic functions of alarm system and speed measure system.Keyworks:PIC microcontroller Infrared signal Input/Output C关键词： (2)PIC单片机红外信号输入/输出 C语言 (2)Abstract (2)1．方案论证与比较 (4)2．系统设计 (4)2．1 总体设计 (4)2．1．1 原理模块框图 (4)2．1．2 模块工作原理说明 (5)2．2 各模块设计及参数计算 (6)2. 2. 1 键盘输入系统 (6)2. 2. 2 液晶显示系统 (8)2. 2. 3 红外线发射/接收系统 (9)2. 2. 4 蜂鸣器报警系统 (10)2．3 软件系统设计 (11)2. 3. 1 系统软件流程图(摘自组员王渊浩) (11)2. 3. 2各模块子程序流程图及设计说明 (13)3．系统调试 (19)3．1硬件调试 (19)3．2软件调试 (19)3．3软件硬件联调 (20)4．系统指标测试 (21)4．1测试仪器 (21)4．2技术指标测试 (21)5．结论 (21)6．致谢、心得、体会 (22)7．参考文献 (23)8．附录 (23)附录1 (23)1．方案论证与比较本方案名称是《红外线测速报警系统》，全部组成部分为单片机系统、红外线发射/接收系统、键盘输入系统、液晶显示系统以及蜂鸣警告系统。

基于单片机控制的红外测速装置设计报告姓名学号学院班级组长李庆鹏11221097机电学院机械1104组员郭鑫鹏11221065机电学院机械1103指导教师：邓湘联系方式：xdeng@完成日期：2013.7.10内容摘要：90C51单片机 LED动态显示红外传感测速（计时）通过利用分布在车辆运行线路上的两个红外传感装置A和B，使得其在车辆通过时因为被车体遮挡而产生低电位，进而控制单片机进行开始（停止）计时，达到计时效果；同时，利用LED动态显示方法将得到的时间显示出来。

利用得到的时间T和预先设定的检测口A、B距离S(S被认为是足够小的一段距离),则可以近似得出列车通过A、B时的瞬时速率V, V=S/T。

若利用通信设备将此速率传输到调度中心，可以建立一个独立于列车以外的运行监测系统，这样可以防止因列车通信系统意外故障而产生的运行监测失效，为列车安全运行提供了另一把安全锁。

目录1.背景和意义 (1)1.1设计背景及意义 (1)1.2设计内容 (1)1.3设计要求 (1)2.仿真设计............................. 错误！未定义书签。

2.1设计思路......................... 错误！未定义书签。

2.2硬件设计......................... 错误！未定义书签。

2.3软件设计......................... 错误！未定义书签。

2.4Proteus软件仿真结果.............. 错误！未定义书签。

3.实物设计............................. 错误！未定义书签。

3.1工作原理......................... 错误！未定义书签。

3.2硬件设计......................... 错误！未定义书签。

3.3软件设计......................... 错误！未定义书签。

• 183•因为红外测距是一种非接触检测技术，它受到影响的因素少，相比于其他的测距仪有较大的优势；更能应对恶劣环境，功能也更加的可靠。

因此可广泛应用于各种工业设计中。

1.概述随着科学技术的快速发展，研究出了多种新型测距仪器。

系统进行近距离高精度的距离测量，因此采用了红外无线测距模块最为测距传感器。

此外系统采用了单片机作为中央处理器，LCD12864作为显示距离的屏幕。

同时拥有距离超过预设值报警功能。

系统在保证安全可靠的前提下可以进行高精度近距离的测距功能。

基于单片机的红外无线测距仪具有相对与其他测距仪精度更高但距离也更近。

因此可以用于近距离高精度的测距需求当中。

与此同时红外测距仪的响应速度极快，相对于其他类型的传感器，更加迅速的反应也使得红外测距传感器可以应用于相对复杂的场景。

2.系统方案框图设计本设计由单片机红外测距模块是由12864液晶显示电路、按键电路、报警电路和电源电路组成。

（1）通过红外测距模块检测距离（测距范围10-80cm），通过PCF8591将红外模块的模拟数值转化为数字数值，然后传给单片机处理。

（2）LCD12864液晶第一行实时显示距离，第二行显示设置的阈值。

（3）阈值可以通过2个按键调节。

（4）超过阈值后，蜂鸣器鸣叫报警。

3.系统具体模块方案确定本设计采用了单片机、显示模块、测距模块以及按键电路和报警电路几部分组成，来实现系统的功能。

3.1 单片机芯片的选择采用STC89C51单片机来作为系统的核心处理器，相比于其他的单片机51单片机的性能更加可靠，价格低廉，编程相对简单。

而且可以满足系统的设计需求。

通过对系统的相关程序的编写，调试最后再烧进单片机内来实现功能。

3.2 声音报警方案的选择系统通过蜂鸣器来实现报警。

蜂鸣器接入系统电路中，当距离超过设定的报警值时，蜂鸣器通过蜂鸣来发出警报。

通过报警可以提醒用户距离超过先前的设定范围。

这样不进了以降低成本还可以达到系统的需求。

3.3 显示方案的选择基于单片机的红外无线测距仪采用了LCD12864来进行显示距离，以及设置的报警值。

本科生毕业设计（论文）论文题目：基于单片机的红外遥控系统设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：日期：本设计是基于单片机的红外遥控系统设计，设计内容包括了红外接收，红外解码和步进电机控制三大块。

如今红外遥控技术已经得到了广泛的应用；其利用红外线来传输数据，这种情况下不需要实体连线，体积小，成本低，功能强。

我们日常生活中的电视机，洗衣机，空调，航天飞机，工业现场设备等都运用了红外遥控的技术。

本设计中发射端采用专用的发射芯片来实现红外遥控码的发射，且遥控码格式是NEC标准。

接收端采用市面上流行的1838一体化红外接收头，接收到的红外信号经由1838接收头完成光/电转化和解调的工作，然后把33位的完整码发送到解码芯片中去完成解码工作。

本设计中的主芯片是STC89C52单片机，主芯片和解码芯片之间进行串行通讯。

系统启动后，解码芯片将解码后得到的8位数据码串行发送到主芯片中，然后通过主芯片来控制步进电机的正转，反转，加速，减速。

本设计中的被控对象是步进电机，步进电机最适合做数字控制。

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。

---文档均为word文档，下载后可直接编辑使用亦可打印---1.1 课题的背景和意义 (2)1.2 国内外现况 (3)1.3 本课题主要研究内容 (4)1.最小的单芯片系统的硬件设计; (4)2.液晶屏的硬件设计; (4)3.警告声光报警电路; (4)4.硬件功能测试程序。

(4)1.4 开发环境介绍 (4)1) 开发环境 (4)2) 运行环境 (5)第二章硬件介绍 (6)2.1 STC89C52概述 (6)图2-1 51单片机管脚图 (6)1 主电源引脚 (7)2 时钟源 (7)3 控制,选通或复用 (7)4 多功能I/O端口 (7)2.2 keilC51的开发环境 (8)2.2 Nokia/诺基亚5110 LCD (9)图2-2 Nokia5110显示屏 (10)2.3 GP2Y0A02YK0F红外激光测距模块 (10)1、距离测量范围： 20 to 150 cm (10)2. 信号输出类型：电压模拟信号 (10)3. 包装尺寸：29.5×13×21.6 mm (10)4. 功耗：标称值33 mA (10)5. 供电电压：4.5 to 5.5 V (10)6.精度和采集的AD位数以及转化计算公式相关，10AD一般能达到0.1CM (10)图2-3 测距原理 (12)图2-4传感器数值曲线图 (12)第三章硬件系统介绍 (13)3.1 红外激光测距的实现构想 (13)3.2 结构框图 (13)图3-1 结构框图 (13)3.3系统硬件结构电路图 (14)图3-2 整体电路图 (14)3.3.1 ISP电路 (14)图3-3 下载与擦除电路 (15)3.3.2 稳压电路 (15)图3-4 稳压电路 (15)3.3.3 显示模块Nokia5110lcd (15)图3-5 5110显示电路 (16)3.3.4 键盘 (16)图3-6 按键 (17)3.3.5红外激光测距模块 (17)图3-7 测距模块 (17)3.3.6复位电路 (17)图3-8 复位电路 (18)3.3.7 时钟电路 (18)图3-9 时钟电路 (19)3.3.8蜂鸣器电路 (19)图3-10 蜂鸣器电路 (19)3.4测距原理与测距方法的选择 (20)3 3.1相位激光测距 (20)3.4.2脉冲法激光测距 (20)3.4.3 激光三角法测距 (21)3.4.4激光的选择 (22)1. 采用红外激光的发光二级管，结构很简单，体积小，成本较低 (23)2. 对红外的调制很简单，能够实现编码发射 (23)3. 红外线不会通过阻碍物 (23)4. 具有低耗能，反应快的特点 (24)5. 具有极强的在干扰环境下工作的能力 (24)6. 不会对环境造成污染，基本上对于人畜无害 (24)第四章软件系统设计 (25)4.1 系统软件流程图 (25)图4-1 软件流程图 (25)4.2 部分代码 (26)LCD部分 (26)c -= 32; (27)x <<= 3; (27)y <<= 1; (27)第五章实物制作与调试说明 (31)5.1 材料的选择 (31)5.2 电路板PCB的设计 (31)5.3 印刷电路板的制作 (32)5.4 单片机测试 (32)5.5 电路调试 (32)5.6 红外激光测距的调试 (33)第六章总结 (33)第一章绪论1.1 课题的背景和意义这个项目的需求是不用进行接触测量，开发出运行快速，准确度高，而且具有能够忍受强干扰，体积小，重量轻的激光测距仪。

保密类别编号 20100802041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系别电子信息科学系专业通信工程年级10级02班学号20100802041姓名钱源指导教师崔黎武汉大学珞珈学院2014 年5 月22 日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 (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章红外测距的软件设计 (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测试结果绘图 (20)5.4 调试中遇到的问题 (22)结论 (23)参考文献 (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的电磁波，其波长在760纳米（nm）至1毫米（mm）之间，是波长比红光长的非可见光。

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；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 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。

基于51单片机的红外测距仪的设计与实现本文介绍的是一种基于51单片机的红外测距仪的设计与实现。

该测距仪可用于精确测量物体到距离范围内的距离，适用于工业控制、智能家居、安防等领域。

1. 系统概述该系统基于51单片机，采用红外传感器进行测距。

传感器接收到反射回来的红外信号后，通过单片机的处理，计算出物体与红外传感器的距离，并通过显示屏展示出来。

2. 系统设计系统由红外传感器模块、51单片机模块和显示屏模块组成。

下面分别介绍：（1）红外传感器模块该模块采用红外线传感器GP2Y0A02YK0F，该传感器可以实现1.5-15cm的测距范围。

传感器工作电压为5v，输出信号为模拟信号。

（2）51单片机模块该模块采用STC89C52单片机，由于系统只需要进行简单的计算，而且运算速度不需要太快，因此选择了这款单片机。

系统通过单片机的ADC模块读取红外传感器的模拟信号，并通过计算获得具体的距离数据，再通过串口通信输出到PC机。

（3）显示屏模块该模块采用一块16*2字符液晶屏，并通过单片机控制显示距离结果。

3. 系统实现系统实现步骤如下：（1）系统初始化单片机需要初始化计时器、串口和ADC模块。

（2）红外测距传感器可以输出模拟信号，单片机通过ADC模块进行转换，得到具体的电压值。

然后通过公式计算距离。

（3）显示距离数据将距离数据通过串口发送到PC机，并在显示屏上显示出来。

PC机通过串口读取数据，将数据显示到PC机软件界面中。

4. 系统特点该系统具有以下特点：（1）测量距离的精度高，可以测量1.5-15cm的距离范围。

（2）系统成本低，易于实现和制作，适用于大规模生产。

（3）系统体积小，方便携带和安装。

5. 结论本文介绍的基于51单片机的红外测距仪可实现高精度的距离测量，成本低、易于实现，适用于工业控制、智能家居、安防等领域。

基于51单片机的红外测仪【摘要】本系统是基于51单片机的一款测量精度为0.1毫米红外测距仪。

本系统采用能量测距原理，通过红外接收模块将采集的光信号转化成电信号，再经信号放大，A/D采样将信号转化为数字信号输入单片机中，通过编写相应的程序实现自动测量功能，通过显示电路显示出结果。

并在超出系统测试范围时进行警报。

【关键词】红外测距当前主流测距方法主要有三种：传统测量、激光测量、红外测量、超声波测量。

传统测量方法需要话费大量人力时间，且精度和范围都无法达到高标准要求。

激光测距虽在测量范围和时间上有一定优势，但对操所人员的技能要求较高容易出现安全事故，且制做的难度较大，成本较高。

超声波测距误差较大环境温度、湿度、海拔高度等都可能对其造成影响。

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。

故在未来的发展中红外测距技术必将拥有广阔的应用前景。

本文提供一种用51单片机解决短距高精度红外测距的方法。

此系统精度高电路简单，用51c编程易懂且方便移植。

降低了调试难度且增加了初学者的可操作性。

1 方案论证与比较目前在红外测距领域中，主要有应用一下三种测距法：时间差测距法、放射能测距法和相位测距法。

这三测距法原理如下1.1 时间差测距法原理红外线发射器发射出有频率的红外线，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，即可求出距离s，但是经过计算这个方法并不合理，红外线的传播速度为310 m/s，单片机要想反应的过来的话，处理速度至少在GHz以上，很显然是不可能的，所以是无法根据时间测出距离的。

1.2 反射能量法原理反射能量法：仪器发射一束光（通常是近红外光）照射到被障碍物表面，同时红外接收管接收障碍物的反射光能量，传播距离越远，光强就越弱，所以根据接收到的反射光能量来判断被测物体的距离。

《单片机课程设计》设计报告说明书设计题目：汽车距离自动测定系统课程名称：单片机课程设计所在院系：机电学院*名：***班级：13机电师学号：*************指导教师：**小组成员：林韩路小娃黎桂雄日期：2015年12月23日目录第1章系统总体设计方案 (2)一、设计目的及意义 (2)二、设计报告 (2)1.设计题目： (2)2.主要功能、作用： (2)3.主要技术性能指标： (2)4.设计方案 (2)5.设计方案选择 (3)第2章硬件系统 (4)2.1.硬件系统的基本结构和原理图 (4)2.2红外收发模块 (5)2.3 语音报警模块 (5)2.4 LCD显示模块 (6)2.5AT89C52单片机概述 (7)2.6 按键模块 (8)第3章软件设计 (9)3.1 程序流程图 (9)第4章系统软硬件调试 (11)4.1 硬件调试 (11)4.2软件调试 (11)4.3测试结果绘图 (11)4.5 调试中遇到的问题 (12)结论 (13)参考文献 (14)附录 (15)附录一程序 (15)附录二使用元器件一览表 (24)附录三心得 (25)第1章系统总体设计方案一、设计目的及意义1.在学习了《单片机原理与开发》这门课程之后，通过理论与实践结合的方式，加深对理论知识的理解，启发思维。

2.通过一个简单、完整的设计，让大家熟悉设计步骤，将理论应用于实际，增强应用能力，锻炼动手能力。

3.加深同学之间的了解，促进大家团结互助的精神。

二、设计报告1.设计题目：汽车距离自动测定系统2.主要功能、作用：1)设计一传感器系统，要求可以测定车辆前、后方距离。

2)当车辆前、后方的距离达到一定值时，自动用语音报告距离的变化；3)随着距离的缩短，报告的声音要有一定的节奏变化。

3.主要技术性能指标：1)驱动电路的运行状况；2)测距系统的测量准确度；3)显示和语音播报的准确度。

4.设计方案方案一1)设计红外传感收发模块测距，STC12C5A60S2单片机作为主控模块；2)设定报警阈值（设定50CM，可用键盘调整阈值)，随着距离的缩短，改变蜂鸣器响的频率实现节奏变化；3)利用AT89C52的P1口AD转换功能，ISD1820语音播放距离，并用LCD1602显示其距离值。

基于51单片机的红外测距仪的设计与实现张凌寒【摘要】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STC89C52单片机设计的红外测距仪，可以测量短距离，根据所取AD模块的精度不同，则理论上测量的精度也可达到很高。

本设计采用日本夏普公司生产的GP2Y0A21YK0F传感器作为测量组件，设计红外测距仪。

所设计的测试仪具有在10~80cm可测量范围，误差正负1CM。

其中因改传感器为模拟量输出，所以还使用到AD采样模块PCF8591。

在实际测试中红外传感器采集距离形成模拟量输出，经AD转换后曲线拟合计算出实际距离并在显示屏1602上显示出距离。

【期刊名称】《数字技术与应用》【年(卷),期】2016(000)009【总页数】1页(P133-133)【关键词】GP2Y0A21YK0F;STC89C52;AD采样;PCF8591【作者】张凌寒【作者单位】汉口学院湖北武汉 430212【正文语种】中文【中图分类】TP273.4为了进一步巩固学校所学知识，并对红外传感器及AD采样有更深的理解学习。

因此选用了夏普的这一款红外传感器并结合单片机进行了一个对红外测距仪原理性实现的实验课题。

红外测距仪硬件主要由AD转换器PCF8591，LCD1602，单片机STC89C52最小系统以及GP2Y0A21YK0F传感器构成。

红外测距系统框图如图1所示。

GP2Y0A21YK0F传感器是由红外发射管一个PSD和红外发射管以及相应的计算电路构成。

Sharp公司的PSD有它自己独有的特征，它能够探测到光点落在它上面的细微移动，它的分辨率能精确到微米，这个特征让它完成了几何方式测距。

红外发射管发出的光束，遇到障碍没有反射回来，落在PSD上，组成了等腰三角形，由于PSD能够测量到三角形的底，而两个底角是固定的，由发射管确定，此时可通过底边推算出高，也就是所要的距离。

在实际使用过程中，改模块测量距离的倒数与电压在一定区间以内具有线性关系，即U=k/S.所以在采样取值时，使用此公式进行确定。