(修改版)汽车距离自动测定系统1

课程设计说明书 课程名称： 单片机课程设计 所在院系： 机电学院 姓名： 李振钦 黄弘毅 洪宏坝 王文峰 班级： 12机电本 学号： 41 44 43 42 指导教师： 杨永 日期： 2015年1月7日 目录 第一章设计任务及要求 ..................................... 4 1.2主要任务 .......................................... 5 1.3设计要求 .......................................... 5 第二章、红外测距的方法和原理 ............................. 6 2.1几种红外测距原理及选择 ............................. 6 2.1.1 相位测距原理 ................................ 6 2.1.2 PSD测距原理 ............................... 6 2.1.3 带运动机构的双象比较法原理 ................ 6 2.1.4 时间差测距法原理 .......................... 7 2.1.5 反射能量法原理 ............................ 7 2.1.6三角法红外测距原理 ............................ 7 2.1.7 红外测距原理的选择 ........................ 7 第三章、红外测距的基本结构及系统框图 ..................... 8 3.1红外测距的过程 ..................................... 8 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，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。 ........................... 8 3.2 红外测距系统框图 ................................ 10 第四章、红外测距硬件电路设计 ............................ 11 4.1单片机最小系统模块 ................................ 11 还可用A/D做按键扫描来节省I/O口，或用双CPU,三线通信，还多了串口。 ...................................... 14 4.2数据传输模块（程序下载电路） ...................... 19 4.3电源电路 ......................................... 19 4.4液晶1602显示..................................... 20 4.6 夏普GP2D12测距模块 ............................. 22 第五章电路板的制作 ...................................... 23 5.1 原理图的绘制 ..................................... 23 5.2 PCB图的生成...................................... 24 6.1程序设计步骤...................................... 25 6.2软件设计框图...................................... 26 6.3 Proteus仿真..................................... 26 第七章测量精度分析 ...................................... 29 参考文献 ................................................ 31 附录 .................................................... 33 电路原理图 ........................................... 33 主程序 ............................................... 33 第一章设计任务及要求 随着经济的发展，交通运输业日益繁荣，但由于道路状态、交通管理等硬件难以跟上，加上驾驶超车、出车开小差、错误估计车距等主观的原理，使相互碰撞的交通事故频频发生。解决这个问题的根本措施在于给行进中的汽车安装能自动跟踪测距，在危险距离内自动刹车的装置。 由于电子技术的发展，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前车上的反射镜（汽车尾部）反射回来的激光束探测两车距离。由于受恶劣的天气、汽车激烈的振动，反射镜表面磨损，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1/2～1/3，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，由于采用特殊专用元件使其价格高，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。 当前测距系统所用的测距基本原理都是建立在测量时间差的基础上，而测量时间的方法主要有“脉冲方式”和“调频2连续波方式”。这两种测量方式都是以模拟电路来实现，由于器件延时的影响，使测量精度大大下降。本文采用“计数”方式，通过单片机处理，使测量准确度有了很大提高。 因此，本文研究的红外测距系统成本较低，机体尺寸小，而且利用一种新的测距原理结合单片机技术的处理，使测量精度有了较大提高；同时把这种测距系统应用于汽车防撞系统中，并进行了装车防撞试验。试验结果表面，这种系统能探测的距离大于40m，且分析判断险情的速度快，准确性较高。

1.2主要任务 本次课程设计的任务比较明确，主要是测量红外线到反射物的距离，此设计中最关键的是计算红外线发出到途中遇到障碍物反射回来的往返时间，然后利用有关参数根据距离公式计算出所测的距离，要求测距的范围是20到30米，所测得的距离要能实时显示；如果距离小于10米，要能发出警报声。

1.3设计要求 本设计要求设计一测距系统，测距的范围是20~30米，所测到的距离能够实时显示，如果距离小于10米，将启动警报声响。在设计中采用单片机为核心器件，形成相应的测距电路，信号处理电路及警报电路，自行编制单片机控制程序，并进行硬件调试、软件调试，最后进行软硬件调联，达到性能要求。 系统性能要求如下： 1、收发传感器均采用红外线传感器 2、距离要求显示 3、探测距离20~30米 4、工作温度-20到45度

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，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。