基于51单片机的手持式激光+测距仪设计与实现-毕业论文

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。

摘要本科生毕业论文(设计)题目：基于单片机的测距仪的设计学生姓名：张学武学号： 201211020226专业班级：电信12102班指导教师：蔡剑华曾高秋完成时间： 2015年5月目录摘要：本文设计了以AT89C52单片机为核心控制单元的超声波测距仪，文章概述了超声波检测的发展及基本原理，介绍了超声波传感器的原理及特性。

利用超声波检测往往比较方便、迅速、计算简单、易于做到实时控制。

该系统主要由蜂鸣器模块、超声波发送模块、超声波接收模块、显示模块四个模块构成。

利用超声波传感器对前方物体进行感应，经单片机对超声波传感器发送和接收的 (1)声波信号进行分析和计算处理，最后将处理结果在LCD1602上显示 (1)引言 (2)1概述 (2)1.1研究背景 (2)2设计要求 (3)3设计方案论证 (3)3.3超声波测距原理 (5)4设计总体方案 (5)4.1总体设计思路 (6)4.2显示部分 (6)4.3按键部分 (6)5硬件电路 (7)5.1功能与原理 (7)5.2资源分配 (8)5.3超声波发送电路 (8)5.4超声波接收电路 (8)5.6复位电路 (11)5.7外部时钟 (12)5.8按键电路 (12)5.9报警电路 (12)5.10温度检测电路 (13)5.11显示接口电路 (14)6软件设计 (15)6.1主程序流程图 (15)6.2超声波发送流程图 (16)6.3 LCD显示流程图 (16)6.4温度读取流程图 (17)7系统仿真 (18)7.1仿真电路图 (18)7.2仿真结果输出 (18)8结论与展望 (20)答谢：首先非常感谢指导老师蔡剑华和曾高秋的精心指导和严格要求，让我充分利用所学的理论知识去完成论文的设计，论文的完成让我极大地提高了实践能力，并对当前电子领域的研究状况和发展方向有了一定的了解，尤其是单片机领域，这对我今后进一步从事电子行业有着极大的帮助。

另外,此次毕业设计还获得了其他老师和同学的大力支持。

I四川理工学院毕业设计（论文）基于单片机的测距仪设计QQ:271021773四川理工学院计算机学院二O 0 九年六月基于单片机的测距仪设计摘要本文详细介绍了一种基于单片机的脉冲反射式超声测距系统。

该系统是以空气中超声波的传播速度为确定条件，利用发射超声波与反射回波时间差来测量待测距离。

论文概述了超声波检测的发展及基本原理，介绍超声传感器的工作机理及特性，对影响测距系统的一些主要参数进行了讨论。

并且在介绍超声测距系统功能的基础上，提出了系统的总体构成。

针对测距系统发射、接收、检测、显示部分的总体设计方案进行了论证。

进一步介绍了STC89C52RC单片机在系统中的应用，分析了系统各部分的硬件及软件实现。

关键字：单片机；测距仪；超声波；超声波传感器IThe design of range finder base on single-chipABSTRACTThis paper introduces a method based on single chip pulse reflex ultrasonic ranging system. this system can measure the distance which is based on the speed ofultrasonic and used the time difference of launch ultrasonic and reflection echo.this paper summarizes the development and basic principle of the ultraonic testing,the working mechanism and characteristics of the ultrasonic sensors.there is a discussion about some major parameters of the influence ranging system.based on the introduces of the ultrasonic ranging system function,The overall system is proposed.according to transmitting and receiving, detection, and display part of distance measuring system's overall desgin,the schemes are discussed.the further introduction of this paper is the application of STC89C52RC single chip microcomputer in the system, and the analysis of all the parts of the system hardware and software realization.Keywords:single chip;range finder; ultrasonic wave; ultrasonic sensorII目录第1章概述 (1)第2章方案论证 (2)2.1发射电路 (2)2.2接收电路 (5)第3章超声波简介 (8)3.1超声波的特点及其分类 (8)3.3 超声波的效应 (10)第4章超声波传感器 (11)4.1超声波传感器的种类及其特点 (11)4.2超声波传感器的外形及内部结构 (13)4.3超声波传感器的选择材料 (14)4.4 TCT40-16T/R超声波传感器 (15)第5章系统主要硬件................................ 错误！未定义书签。

基于51单片机的超声波测距仪之倒车雷达作品设计毕业论文基于51单片机的超声波测距仪之倒车雷达作品设计毕业论文毕业设计（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。

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基于单片机激光测距毕业设计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。

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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：年月日摘要激光具有高亮度、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ABSTRACTLaser 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目录1 绪论 12 激光测距的基础 22.1 激光测距设计的思路 22.2 激光测距设计的原理 32.3 本激光测距设计的要求 42.4 本论文的主要研究内容 43 脉冲激光测距系统设计 53.1 激光测距仪系统结构 53.2 激光脉冲发生电路 63.3 脉冲激光接收电路7光电检测传感器的比较选择7雪崩光电二极管APD 8雪崩光电二极管APD的反向偏压 9 电路工作原理9电压控制反馈电路10放大电路124 计时及显示部分设计144.1 计时部分14计时原理 14内插法14利用单片机和CPLD实现模拟内插 15 4.2 距离计算部分17最小系统17计算部分子程序设计184.3 计算机控制LED显示部分19LED说明1974HC573说明20控制的LED显示部分电路设计21显示部分程序设计234.4 系统控制部分设计245 误差分析及总结 255.1 误差分析255.2 总结展望26参考文献27附录28致谢321 绪论二十世纪以来，激光传感器技术日趋成熟，并开始大量应用于测距系统。

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。

单片机与激光技术的结合构建激光测距仪激光测距仪是一种利用激光技术实现测量距离的设备。

它广泛应用于建筑、地理测量、工业生产等领域。

随着技术的进步，单片机与激光技术的结合使得激光测距仪的性能和精度得到了极大的提升。

本文将介绍单片机与激光技术的结合，以及构建激光测距仪的原理和步骤。

一、单片机在激光测距仪中的应用单片机是一种集成电路，具有处理和控制数据的能力。

它的应用广泛，包括电子设备、通讯、仪器仪表等领域。

在激光测距仪中，单片机负责获取和处理激光信号，实现距离的测量和显示。

单片机通过驱动激光器发射激光脉冲信号，并通过接收器接收反射回来的激光信号。

通过测量激光信号的时间差，可以得到距离的信息。

单片机内部的定时器模块可以实现高精度的时间测量，从而提高测距的准确性。

二、激光测距仪的原理激光测距仪的原理基于激光光束的发射和接收。

首先，激光器发射短脉冲的激光光束。

激光光束经过透镜聚焦后，照射到目标物体上。

目标物体反射回来的光束经过另一个透镜再次聚焦，最后通过接收器接收到。

接收器接收到的光信号被转换成电信号，并输入到单片机中进行处理。

单片机通过测量发射和接收的时间差，计算出目标物体的距离。

根据光的传播速度和时间差，可以得到目标物体距离的精确数值。

最后，单片机将距离数据显示在液晶屏上。

三、构建激光测距仪的步骤1. 选择合适的激光器和接收器：激光器和接收器是激光测距仪的核心部件。

需要根据测距的精度和测量范围选择合适的激光器和接收器。

2. 连接激光器和接收器：将激光器和接收器连接到单片机的引脚上。

需要注意引脚的对应关系，并确保连接的可靠性。

3. 编程设置：使用单片机的开发工具，编写程序来控制激光器和接收器的工作。

程序需要包括采集激光信号、测量时间差、计算距离等功能。

4. 硬件调试：完成硬件连接和程序编写后，进行硬件调试。

通过示波器或者逻辑分析仪等工具，观察激光信号的波形和幅度，以及单片机处理的准确性。

5. 软件调试：在硬件调试通过后，进行软件调试。

基于单片机汽车倒车测距仪的设计班级专业所在系学号指导老师目录摘要 (1)Abstract (2)第一章绪论 (3)第二章超声波的介绍 (4)2.1超声波的发展史 (4)2.2 超声波的特点 (4)2.3超声效应 (5)2.4超声波的应用 (5)第三章单片机的介绍 (7)3.1 单片机的定义 (7)3.2 单片机的发展过程 (7)3.3 单片机的特点 (7)3.4 单片机的应用 (8)3.5 C8051F单片机的介绍 (8)第四章汽车倒车测距仪的硬件设计 (12)4.1 设计的思路 (12)4.2 设计的重点与难点 (12)4.3硬件设计的基本原理及原理图 (12)第五章超声波汽车倒车测距仪软件设计 (16)5.1 主程序编制及流程图 (16)5.2 中断服务程序的流程图及编制 (18)5.3 显示距离子程序和延时子程序 (18)5.4信号处理程序 (19)5.5程序中有关存储器，寄存器及标志位的内容及用途 (22)第六章总结............................................................................................................. 错误!未定义书签。

参考文献 (23)致谢..................................................................................................................... 错误!未定义书签。

汽车倒车测距仪的设计摘要：本文利用超声波传输中距离与时间的关系采用C8051F单片机进行控制及数据处理设计出了能精确测量点间距离的超声波测距仪，利用所设计出的汽车倒车测距仪，能比较精确测量车后障碍物距离。

在分析国内外单片机汽车倒车测距仪相关技术的基础上，结合最新研究成果，对基于超声波测距的倒车测距系统的研制进行了深入探讨和研究。

前言超声波具有指向性强，能量消耗缓慢，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，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。

利用超声波检测往往比较迅速、方便、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实用的要求，性价比很高。

因此在液位、井深、管道长度的测量、移动机器人定位和避障等领域得到了广泛的应用。

随着经济和科学技术的发展，汽车这项代步工具也走近越来越多的家庭，与此同时交通拥挤的状况也越来越严重。

伴随着汽车带来方便的同时，各种事故也层出不穷，其中追尾、倒车碰撞则占据了很大一部分比例。

而在汽车上安装一个测距防撞报警系统则能很好的帮助解决这一问题。

泊车时，系统检测汽车与障碍物的距离并且利用LCD显示，当距离达到某设定值时实施声音报警来提醒驾驶人员。

目录总设计说明 (I)ABSTRACT (II)第1章测距仪现状及意义分析 (1)1.1 本课题研究意义 (1)1.2 国内外现状 (1)1.2.1 国内现状 (1)1.2.2 国外现状 (2)1.3 主要内容及思路 (2)第2章超声波测距原理 (3)2.1 超声波简介 (3)2.1.1 超声波的三种形式 (3)2.1.2 超声波的物理性质 (3)2.1.3 超声波对声场产生的作用 (3)2.2 超声波传感器介绍 (4)2.2.1 超声波测距原理及结构 (4)2.2.2 超声波测距的原理 (6)第3章总体设计 (7)3.1 总体设计要求 (7)3.2 方案选择 (7)3.2.1 控制芯片的选择 (7)3.2.2 超声波模块的选择 (7)第4章系统硬件电路设计 (8)4.1 整体方案设计 (8)4.1.1 系统概述 (8)4.1.2 系统框图 (8)4.2 单片机最小系统电路 (8)4.2.1 单片机介绍 (8)4.2.2 单片机最小系统 (10)4.3 HC-SR04模块 (12)4.3.1 HC-SR04模块使用器件 (12)4.3.2 超声波模块电路 (14)4.3.3 HC-SR04模块工作原理 (15)4.3.4 超声波模块电路 (16)4.4 液晶显示电路 (16)4.4.1 1602液晶简介 (16)4.4.2 液晶引脚说明 (17)4.4.3 指令介绍 (17)4.4.4 液晶的操作时序图 (21)4.4.5 液晶显示模块电路 (22)4.5 报警模块 (22)4.5.1 蜂鸣器的介绍 (22)4.5.2 蜂鸣器报警电路 (23)4.5.3 发光二极管 (23)4.5.4 报警模块电路 (23)4.6 按键输入模块 (24)第5章软件设计 (25)5.1 程序语言及开发环境 (25)5.2 程序流程图 (26)5.2.1 总体流程图 (26)5.2.2 1602液晶程序流程图设计 (27)5.2.3 超声波模块HC-SR04程序流程图设计 (27)第6章总结 (28)鸣谢 (29)参考文献 (30)附录 (30)附录一元件清单 (30)附录二原理图 (31)附录三PCB图 (32)总设计说明超声波是指频率高于20KHZ的声波。

基于单片机的激光测距系统设计作者：杨光照许春晖张德浩郑莎谭明香来源：《中国新技术新产品》2012年第10期摘要：目前激光测距已得到广泛应用，国内一般使用专用集成电路根据激光测距原理设计各种测距仪器，但是专用集成电路的成本较高、功能单一。

而以单片机为核心的激光测距仪器可以实现预置、多端口检测、显示、报警等多种功能，并且成本低、精度高、操作简单、工作稳定可靠。

本文简要介绍了利用MCS-51系列单片机实现激光测距的原理以及实现的方法。

关键词：脉冲激光；单片机；测距仪中图分类号：TP27 文献标识码：A引言距离测量技术的发展经历了漫长的过程，测距技术最早是从接触式测量开始的，由于它在实际应用中的局限性，促进了非接触式测量技术的发展，其中电磁波测距技术是测量学发展史上的重要事件。

第二次世界大战前后开始应用于测量领域，最初是雷达，主要是空中目标定位或空中测距。

它不仅提高了测距的速度和精度，而且实现了非接触式测量，还为测量仪器和测量作业自动化创造了条件。

而在高速现代化的今天，诸如激光测距等技术也已经涌现并在快速发展，在工业生产的应用日渐广泛。

本文将针对高精度短程脉冲激光测距技术开展研究工作，研究在提高短程激光测距系统的测量精度基础上，如何使用单片机代替专用集成电路作为激光测距仪的控制核心，实现多种功能与操作简单化的目标。

1 脉冲激光测距技术原理一个典型的激光测距系统应具备以下几个单元：激光发射单元，激光接收单元，距离计算与显示单元，准直与聚焦单元，如图-1所示。

系统工作时，激光由发射单元发出，以光速到达目标物后反射回来，被接收单元接收，通过距离计算与显示单元得到目标物距离。

本文主要研究的是脉冲测距法。

目前，脉冲激光测距获得了广泛的应用。

脉冲激光测距利用激光脉冲持续时间极短，能量在时间上相对集中。

图-1激光测距系统原理框图瞬时功率很大(可达兆瓦)的特点。

其基本原理是：在测距点向被测目标发射一束短而强的激光脉冲，光脉冲发射到目标上后其中一小部分激光反射到测距点被光功能接收器所接收。

摘要激光测距技术是随着激光技术的出现而发展起来的一种精密测量技术，因其良好的测距性能而广泛应用在军事和民用领域。

激光测距方法从原理上主要分为相位法测距和脉冲法测距两种。

本文将脉冲激光测距和相位激光测距进行了原理分析与比较,根据课题设计需要选择了测程远、精度高、成本低且结构简单的脉冲激光测距作为设计方法。

本文对组成脉冲激光测距系统的几个重要单元电路做了深入研究。

主要包括激光发射电路、激光接收电路、高精度时间测量电路、单片机以及LCD显示。

在发射电路中采用集成芯片LM555和74LS123设计的窄脉冲发生电路。

在接收电路中对回波信号的放大、滤波、整形和时刻鉴别进行了分析和研究，对已有的时刻鉴别电路做了对比与选择,设计了前沿时刻鉴别电路,有效地减小了由于幅度的随机抖动而引起的误差。

脉冲飞行时间测量精度直接影响着脉冲激光测距系统的整体测距精度,因此在高精度计时电路中采用了高精度计时芯片TDC—GP2测量脉冲飞行时间,不仅使电路结构变得简单,而且有效地提高了计时精度。

关键词：激光测距；脉冲法；发射电路；接收电路；高精度计时ABSTRACTWith the development of laser technology，laser ranging becomes a new precise measurement technology, and is extensively used in the military and civil field for its high accuracy.The laser range finder is divided into pulse and phase two types at present.This paper analyzed the pulse laser range finder and phase laser range finder，chose the pulse laser range finder as the research method because of high precision，low cost and simple structure.The paper had been done deeply study of pulse laser measuring system, mainly including the laser emitting circuit, the laser receiving circuit, the high precision time measurement circuit,single chip and LCD display. The narrow pulse generating circuit was designed using LM555 and 74LS123 integrated chip in the emitting circuit.In the receiving circuit analyzed and studied for the signal of echo amplification, filtering, shaping and time identify circuit，cutting edge moment discrimination circuit are designed to reduce the error of due to amplitude random jitter by comparison and selection the existing time discrimination circuit.Pulse time of flight measurement accuracy directly affects the whole measurement of the pulse laser ranging system accuracy, so high precision time measurement chip TDC—GP2 is used measurement pulsed time of flight in the high precision time measurement circuit.It not only makes the circuit structure become simple but also improves accuracy.Key words：Laser range finder；Pulse method；Emitting circuit；Receiving circuit；High precision time measurement目录第一章绪论 (1)1.1课题研究背景及意义 (1)1.2国外研究现状 (2)1.3课题研究容 (3)第二章激光测距系统理论分析与设计 (4)2.1激光技术 (4)2.1.1激光简介 (4)2.1.2激光及其产生 (6)2.1.3激光的特性 (8)2.1.4激光器的基本组成 (9)2.1.5激光器的种类 (10)2.1.6激光器的选择 (11)2.1.7半导体激光二极管的特性 (12)2.2激光测距原理 (15)2.2.1相位法激光测距 (15)2.2.2脉冲法激光测距 (17)2.2.3两种测距方式的性能分析及其对比 (19)2.2.4激光测距的要求与方法的选择 (20)第三章系统总体方案与电路设计 (21)3.1系统总体方案 (21)3.1.1系统基本组成 (21)3.1.2系统工作流程 (22)3.2系统电路的设计 (23)3.2.1激光发射电路的设计 (23)3.2.1.1窄脉冲发生电路 (23)3.2.1.2激光驱动电路 (28)3.2.1.3半导体激光器 (31)3.2.2激光接收电路的设计 (32)3.2.2.1接收光路 (32)3.2.2.2光电探测器 (34)3.2.2.3放大电路 (37)3.2.2.4比较整形电路 (41)3.2.2.5时刻鉴别电路 (43)3.2.2.6高压产生电路 (45)3.2.3高精度计时电路 (47)第四章单片机与液晶显示 (51)4.1单片机 (51)4.1.1 AT89C51简介 (52)4.1.2 AT89C51主要特性 (52)4.1.2 AT89C51引脚说明 (53)4.1.3 AT89C51外围电路 (55)4.2液晶显示 (55)4.2.1 LM016L简介 (56)4.2.2 LM016L引脚说明 (56)4.2.2 LM016L外围电路 (57)第五章总结 (57)致 (59)参考文献 (60)附录一激光测距仪程序框图 (61)附录二激光测距仪程序 (62)第一章绪论1.1课题研究背景及意义随着科学技术的不断发展，人们在民用和军事领域对距离测量的需求日益增加。

基于单片机的激光测距仪设计作者：***来源：《科学与财富》2020年第12期摘要：常规的基于集成电路的激光测距仪设计方法操作繁琐、成本高。

基于单片机设计的激光测距仪则可以执行预置、检测、显示、报警等多种操作，同时相对于专用集成电路来说成本更低，更易操作简单可靠。

基于此，本文基于脉冲回波测距原理，基于单片机开发了一种广泛使用的激光测距仪。

关键词：单片机;激光测距仪;设计;脉冲回波测距技术的发展始于接触式测距技术，接触式测距适用性较差，非接触测距技术应运而生，尤其是电磁波测距技术的诞生于应用是测量技术发展史的里程碑。

最初被用于雷达测距定位，大大提升了距离测量的精度和速度，也为测量操作的自动化提供了技术支撑。

当前，激光测距在工业生产中的应用正变得越来越普遍。

基于此，本文针对脉冲回波激光测距仪器设计思路进行了简要论述，并探讨如何基于单片机设计激光测距仪，以丰富激光测距仪的功能，提高其测量精度，简化激光测距操作。

1脉冲回波激光测距仪设计思路本次设计基于脉冲回波法测距原理开发出一种激光测距仪。

当发射探针发射的激光与障碍物碰撞时会被反射，接收探针会接收到反射的激光。

设计发射探针、接收探针使其位于同一位置。

如果激光从发射到接收用时为t，则激光从探针反射至反射面用时为t/2。

激光探针、反射面的距离S可以通过以下公式算得：其中c表示大气环境中的光传播速度;t表示激光从发射到被接收的用时因为在实际制作过程中缺少光纤，而激光器和光电二极管的端面形状面积相差很大与上文中的数学模型中所设的理想条件差距过大，所以采用回波法代替，无光纤时可正常使用而在拟合光纤后仅需在算法时间t中减去激光在光纤中的传播时间即可。

激光发射与接收模型与上文光纤探针基本相同，不过发射光斑与接收面积的比值更大。

激光器经方波调制后为脉冲信号，因为漫反射及发射角等问题光电二极管采集到为类正弦信号，为方便后续处理需将正弦信号变成高低电平，及做比较处理大于均值的值记为高电平，其余值记为0。

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。

设计天地Ｄｅｓｉｇｎ　Ｆｉｅｌｄ引言该测距仪利用测量调制的激光信号相位差进行距离的测量。

为了提高精度，采用高速时钟利用数字方式进行相位测量。

使用单片机技术实现人机接口和数据运算。

该系统采用单片机加ＣＰＬＤ的设计方法，　ＣＰＬＤ主要进行地址译码、鉴相、时钟分频等功能，单片机采用最常用的ＡＴ８９Ｃ５１，主要完成运算和人机接口。

设计思路该测距仪利用反射方式进行测量。

测距仪发射经过调制的激光信号到达目的地，经目的地反射后回到仪器，仪器计算出信号从发送到接收的时间差，再和激光信号的速度进行相乘。

得到信号经过的总距离。

由此可得到测距基本公式为：假设仪器发射角频率为ω的正弦波，经反射器反射回测试设备，被仪器的接收系统接收。

收到的正弦信号在相位上和发射的正弦信号相比较，有一个相位差Φ。

发射信号为：ｕ＝Ｖｍｓｉｎ（ωｔ＋φ０）其中Ｖｍ为振幅，ω为角频率，ｔ为时间，φ０为初相位。

经反射后回到设备的正弦信号不考虑其振幅变化ｕ＝Ｖｍｓｉｎ（ωｔ－ωｔ２Ｄ＋φ０）其中，ωｔ２Ｄ就是正弦波在二倍距离上传播所引起的相位变化：Φ=ωｔ２Ｄ 将其带入测距基本公式，可得到：式中：ｃ——电磁波在真空中的传播速度；ｆ——电磁波的频率；ｎ——大气的折射率；Φ——电磁波在被测距离上往返传播的相位差。

因此，只要计算出信号从发送到接收的相位差就可以求出设备与被测点之间的距离。

该设备需要测量１００ｍ距离，我们选用１５０ｍ作为设备的测程范围。

并取混频时中频Ｆ中＝１０ＫＨｚ。

用４０ＭＨｚ时钟对混频后１０ＫＨｚ信号进行采样。

由下式ｃ＝ｆ×λ和　Ｌ＝λ／２可得（４０ＭＨｚ／１０ＫＨｚ＝４０００）：令Ｌ１＝１５０ｍ，可得λ＝３００ｍ，ｃ＝３×１０８ｍ／ｓ，计算得Ｆ１＝１．０×１０６Ｈｚ。

Ｌ１最小＝３００／４０００＝０．０７５ｍ。

令Ｌ２＝７．５ｍ，可得λ＝１５ｍ，ｃ＝３×１０８ｍ／ｓ，计算得Ｆ２　＝２０×１０６Ｈｚ。

摘要现代社会高速公路的迅猛发展和汽车制造水平的快速提高，导致了汽车的行驶速度不断上升。

现在，各种汽车在高速公路上每小时跑上100-120公里，己经是很平常的事了。

但是自然界中的恶劣气候及驾驶员的疲劳不适等诸多因素，随时都有可能引发各种意外交通事故。

而高速公路上一旦发生意外交通事故，恐怕就会出现类似于“多米诺骨牌”的效应,数辆甚至是数十辆汽车高速的碰撞在一起，彼此碰的残头破面、支离破碎。

为防止汽车与前方物体发生碰撞，使汽车始终在安全车速下行驶，减少事故的发生，设计了一种基于激光测距和单片机最小系统的汽车安全报警装置，在出现跟车距离小于安全距离等紧急情况时，发出报警来提醒驾驶员注意并采取减速或制动措施，从而达到有效预防追尾碰撞事故发生的目的，提高了汽车的主动安全性。

关键词：激光测距；单片机；最小系统AbstractThe rapid development of modern society and the rapid increase in highway automobile manufacturing level, leading to a driving speed of vehicles on the rise. Now, all kinds of cars on the highway ran 100-120 kilometers per hour, has been a very common thing. But the nature of fatigue and bad weather driver's discomfort and many other factors, may at any time cause various unexpected accidents. The accident on the highway in the event of accidents, I am afraid there will be similar to the "domino" effect, the number of vehicles or even dozens of cars speed collision with another touch of residual head broke the surface, fragmented. To prevent car collided with the front of the object, so that the car is always at a safe speed driving, reduce accidents, the design of automotive safety alarm device and a laser ranging system based on the smallest single-chip, appears safe following distance is less than the distance When an emergency alarm to alert the driver to slow down or brake and take measures in order to achieve the purpose of effectively prevent rear-end collision accidents, improve active safety car.Keywords: Laser Ranging; microcontroller; minimum system目录1 绪论 (1)1.1 课题的背景和研究意义 (1)1.2 国内外概况 (1)1.2.1 国外概况 (1)1.2.2国内概况 (2)1.3 本课题的主要研究内容 (4)2 系统总体设计 (5)2.1 总体设计 (5)2.2 系统硬件结构 (6)3 系统硬件设计 (8)3.1 相关软件介绍 (8)3.1.1 Protel软件的介绍 (8)3.1.2 Protel软件的使用 (9)3.1.3 特殊元件的布局 (11)3.2 各部分电路设计 (12)3.2.1 主控制模块 (12)3.2.2 电源设计 (14)3.2.3 激光测距模块 (14)3.2.4 时钟电路设计 (14)3.2.5 复位电路设计 (15)3.2.6 声光报警电路设计 (16)3.2.7 显示模块 (17)3.2.8 时间芯片 (18)3.2.9 按键电路 (19)3.3 PCB板制作 (19)4 系统软件设计 (26)4.1 系统软件流程图 (26)5 电路测试与结果 (27)5.1测试方法和结果 (27)III5.1.1电源部分安装调试 (27)5.1.2 STC12C5A60S2单片机调试 (27)5.1.3 液晶显示电路调试 (27)5.2 整体电路显示结果 (27)结论 (29)致谢 (30)参考文献 (31)附录A 英文原文 (32)附录B 汉语翻译 (38)IV1 绪论1.1 课题的背景和研究意义当今社会高速公路的快速发展和汽车制造技术水平的快速提高，导致了汽车的行驶速度不断加快。

基于51单片机超声波测距毕业论文题目：基于单片机的超声波测距仪的设计与制作系（部）：电气与信息工程系专业班：电子信息工程姓名：罗文杰学号：指导教师：彭勇2021 年 10月日目录1 绪论 (4)1.1课题设计目的及意义 (4)1.1.1 设计的目的 (4)1.1.2 设计的意义 .................................................. 4 1.2超声波测距仪的设计思路 (5)1.2.1 1.2.2 1.3超声波测距原理 ............................................ 5 超声波测距仪原理框图 ...................................... 5 课题设计的任务和要求 (6)2 课程的方案设计与论证 (7)2.1 2.2系统整体方案的设计 ............................................. 7 系统整体方案的论证 (7)3 系统的硬件结构设计 (8)3.151系列单片机的功能特点及测距原理 (8)3.1.1 51系列单片机的功能特点 ..................................... 8 3.1.2 3.2 3.3 3.4单片机实现测距原理 ........................................ 9 超声波发射电路 ................................................ 10 超声波检测接收电路 ............................................ 11 超声波测距系统的硬件电路设计 (11)4 系统软件的设计 (13)4.1 4.2主程序流程图 .................................................. 14 系统的软硬件的调试 (17)5 总结 (17)6 参考文献 ........................................................... 21 7 附录 .. (23)摘要随着科技的发展，人们生活水平的提高，城市发展建设加快，城市给排水系统也有较大发展，其状况不断改善。

基于MCS8751单片机的测距仪研究超声波由于指向性强，能耗低，传播距离远，经常被用于距离测量；单片机体积小，价格低，易编程故在此选用超声波和单片机设计了智能测距仪。

标签：超声波测距仪单片机0 引言超声波检测速度快、方便、计算简单、易于实时控制，测量精度高；结合单片机及外围电路，通过超声换能器，设计了具有较高重复频率，精度高的超声测距仪的软硬件系统。

并通过RS232串行通讯将报告测距结果传送给计算机显示。

1 硬件设计MCS-51系列单片机属于8位单片计算机，因其品种齐全，兼容性强，软硬件资源丰富等特点，而成为8为位单片机中的主流。

在此选用了MCS8751单片机。

8155芯片介绍8155H芯片内包含有256个字节的RAM存储器，两个可编程的8位并行口PA和PB，一个可编程的6位并行口PC，以及一个14位减法定时器/计数器。

PA口和PB口可工作于基本输入输出方式或选通输入输出方式。

数码显示电路LED显示器分为：共阴极LED显示器的发光二极管阴极相连并接地；共阳极LED显示器的发光二极管的阳极相连接正电压，当某发光二极管的阴极接低电平时，二极管被点亮，显示相应字段。

点亮显示器有静态和动态两种。

静态显示是指显示器显示某一字符时，相应的发光二极管恒定导通或截止；动态显示就是一位一位地轮流点亮显示器各个位，对于显示器的每一位来说，每隔一段时间点亮一次。

若显示器的位数不大于八位，显示器公共极电位只需一个I/O口称为扫描口，显示器各位所显示的字型也需要一个八位口称为段数据口。

4位共阴极显示器与8155的A口相连作为扫描口，经反向驱动器75452接显示器公共极，B口作为段数据口，经同向驱动器7407接显示器的各个极。

RS232接口电路在PC机中一般有两个标准RS-232C串行接口COM1和COM2.MCS8751单片机片内含一个全双工的串行接口，通过编程即可实现串行通信。

然而PC机的RS-232C标准的电平采用负逻辑，规定+3V～+15V之间的任意电平为逻辑“0”，-3V～-15V之间的任意电平为逻辑“1”，计算机接口芯片大都为TTL或CMOS电平，在通信时，须进行电平转换，以便与RS-232C标准的电平匹配。