论文总字数：33035字

摘 要

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 设计的目的及意义 1

1.2 设计背景 1

1.3 红外线简介 2

1.4 红外传感器应用 2

第二章 红外测距仪系统设计 4

2.1 红外测距的原理 4

2.2红外测距的过程 6

2.3 方案设计思想 7

2.4元器件选择 9

第三章 红外测距仪硬件电路设计 11

3.1 单片机最小系统电路设计 11

3.2 红外测距模块及AD转换检测电路设计 15

3.3液晶显示电路设计 18

3.4电源电路及按键电路设计 19

3.5 报警电路及数据传输模块电路设计 20

第四章 软件设计 22

4.1 主程序模块 22

4.2红外测距AD转换模块 23

4.3液晶显示程序模块 24

4.4 I2C总线程序模块 25

第五章 系统仿真与实现 27

5.1 proteus仿真与实现 27

5.2 系统硬件焊接与实现 28

5.3 软硬件调试及优化 30

5.4 仪器与上位机串口通信 33

第六章 总结 35

参考文献 36

附录 38

基于单片机智能测距仪设计开发

摘 要

本文主要是开发设计出一款试用于短距离、较高精度测量的红外测距仪。采用以STC89C52单片机为核心并选用基于PSD测距原理的GP2Y0A21YK0F型夏普红外传感器。有效测量范围为10cm-80cm且精度为 5mm。由于该型号红外传感器输出模拟电压值，所以需要添加A/D转换模块进行AD转换。增加按键控制模块来调节距离阈值的大小，同时增加蜂鸣器报警模块，当距离值超过设定阈值进行报警，利用Proteus软件对设计进行仿真调试并且所测的结果通过系统软件滤波稳定后直接现场实时读取。使用Visual Basic软件设计一款简单方便的上位机与单片机进行串口通信，实时进行数据的串口输出从而方便记录保存数据。

关键词：红外测距仪 STC89C52 PSD AD转换 串口通信

Design and development of intelligent range finder based on single chip microcomputer

Abstract

This paper mainly develops and designs an infrared range finder that is used for short distance and high precision measurement. The GP2Y0A21YK0F Sharp infrared sensor based on the principle of PSD ranging is adopted as the core of STC89C52 single chip microcomputer. The effective measurement range is 10cm-80cm and the accuracy is 5mm. Since this type of infrared sensor outputs an analog voltage value, it is necessary to add an A/D conversion module for AD conversion. Increase the button control module to adjust the distance threshold, and increase the buzzer alarm module. When the distance value exceeds the set threshold for alarm, the Proteus software is used to simulate the design and the measured result is stabilized by the system software. Read in real time. Use Visual Basic software to design a simple and convenient upper computer and single-chip serial communication, real-time data serial output to facilitate record and save data.

Keywords: infrared range finder; STC89C52; PSD; AD conversion; serial communication

第一章 绪论

1.1 设计的目的及意义

目前，在建筑行业、地质行业以及交通行业等中，都必须或多或少用到一些仪器仪表，而在其中测距仪的应用是最为广泛和便捷的。进入二十一世纪以来随着微处理器和传感器的快速发展，现代测距仪更多的是小型化、智能化的代名词。但大部分是应用在一些大的工程建设、科学发展领域以及军事发面。在大部分房屋装修，农村房屋基建等地方仍然使用传统卷尺，丈量、掉线等方式进行测距，使用麻烦，测距结果易受人为因素控制。本次设计的目的就是设计出一款价格便宜，方便携带，精度高的自动化测距仪。并且设定一定距离阈值，装备报警功能，也可以应用于盲人拐杖、汽车倒车报警仪中。

本次设计出的红外测距仪主要适用于一些中短距离测量但精度较高，并且使用方便。特别是在农村地区中的房屋建设、木工制作家具等地方可以得到广泛应用，极大的方便了一些基层使用者。本次设计同样也可以应用在盲人智能拐杖中，在靠近障碍物一定距离时，立刻做出报警提示。在现代救灾现场，红外测距传感器可以应用在移动救灾机器人中指导机器人进行移动，而不受灾难现场里环境的灰尘，雨水等外围因素影响。也可以装备在汽车的前端，后端，两个侧端，辅助驾驶人员驾驶，提高汽车安全驾驶性能。总之，此次设计贴近现实生活，在生产生活实践中，可以得到广泛的应用，是非常具有现实意义的。

1.2 设计背景

在如今测距仪多发展的背景大潮中有着各式各样的测距仪。其中有着依据激光、微波雷达、超声波以及红外等各种型号的测距仪。可以说测距仪的发展还是比较迅速和全面的，但是各个测距仪的原理、方法的不同也导致测距的范围、精度不同以及适用的场合不一样。当中激光测距仪是利用激光的方向性好、不易发散变且频率一定的优点，通过仪器的一端发射出一定频率的激光到另一端传感器接收到激光的时间差来间接测量距离。也可以在需要测量障碍物处安装反射镜，提高激光的反射性，更大的提高测距量程和精度。该仪器被大量应用于土地测量以及工程建设中，在军事地形、导弹轨迹以及航空发面也涉及较多。所以也导致激光测距仪的造价较高，易受环境的影响而减少激光探测的功率等缺点。微波雷达测距仪主要是发射方波通过发射接收时间差进行测距，但其主要应用在飞机、汽车雷达避撞上、机场空中飞鸟检测中、以及人体生命体征探测。在民用基建领域中较少涉及。而超声波同样是利用声波的传播时间差进行测距，但超声波的传播速度受温度的影响较大，需要增加温度传感器来减少误差。红外测距仪是利用红外线进行测量并且其测距方法比其他几种测距仪更加丰富和多元化。所以测距量程可大可小，使用者选择性增多。相比于其他测距仪，红外测距更适合基建工地等民用方面，抗干扰性强、技术难度不大、价格适中等优点让它更适合本次设计目的。

1.3 红外线简介

本次设计的测距仪是基于红外传感器测距，顾名思义测距的介质就是红外线。科学家赫歇尔早在十九世纪发现三棱镜能将太阳光分解开，同时他用温度计来测量每支分解光的温度，结果发现在红外光一侧的温度变化最快，所以得出结论：在红外光一侧一定存在某种不可见的光线即被称为红外线。

我们人眼可见的太阳光分解开是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫这七种光的波长依次由高到低。而在不可见光中有波长更短的紫外线、x射线等以及波长较长的红外线和微波等，它们都是分布在人眼可见光的两侧且波长由高到低。所以红外线是定义于微波与可见红光之间的一种不可见电磁波但确实又恰是客观存在的一种物质^[1]。它的波长为0.76微米~1000微米，由于存在这么宽的波长范围，所以红外线又被细分为近、中、远三种。

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