论文总字数：21470字

摘 要

随着智能家电与智能机器人的应用越来越广泛，很多智能产品都要求对距离进行精确检测，而且对测距的实时性和精度都有一定的要求。本课题设计了一套针对短距离测距应用的高精度、高实时性的红外测距仪，并配有功能相对齐全的软硬件平台，方便进一步扩展或接入其他智能设备。

论文中首先对课题背景、选题意义与红外测距仪的发展现状作了简单介绍；接着从总体上对实现本系统的软硬件方案选择进行了详细论证，其中硬件部分有STM32单片机处理模块、VL53L0X红外测距模块、存储器模块、LCD显示模块等，软件部分主要介绍了对系统开发平台的选择以及各模块的软件实现方法；最后通过校准系统以及对测量数据的分析，探究了影响测距精度的因素。

关键词：红外测距 STM32单片机 VL53L0X芯片 数据分析

The Design and Implementation of Infrared range finder

Abstract

With the application of intelligent appliances and intelligent robots more and more widely, many intelligent products require accurate detection of distance, and they have certain requirements for the real-time and precision of distance measurement. This project designed a set of infrared range finder with high precision and high real-time for short distance, and the design can form a set of relatively perfect software and hardware development platform, which can be extended and further developed.

In this thesis, at first the background, significance and development of infrared range finder are briefly introduced. Then the selection of software and hardware schemes for the system is discussed in detail. The hardware part has STM32 MCU processing module, VL53L0X infrared range finder module, Memory module, LCD display module and so on. The software part is mainly introduced the selection of the system development platform and how the software realization method of each module are made. Finally, the factors that affect the distance precision are explored through the calibration of the system and the analysis of the measured data.

Key Words: Infrared range finder; STM32 MCU; VL53L0X; Data analysis

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题研究背景及意义 1

1.2 国内外发展现状 1

1.3本课题的主要研究内容 2

第二章 系统总体方案设计 3

2.1红外测距系统介绍 3

2.2 红外测距系统的工作原理 3

2.2.1 时间差法测距原理 3

2.2.2 相位法测距原理 4

2.2.3 三角法测距原理 5

2.3 测距技术与测距芯片的选择 5

2.4 单片机的选型 5

2.5 显示模块的选型 6

第三章 系统硬件设计 7

3.1 系统硬件结构 7

3.2 单片机处理模块 7

3.2.1 STM32单片机简介 7

3.2.2 STM32单片机在本设计中的作用 7

3.3 红外测距模块 8

3.3.1 VL53L0X简介 8

3.3.2 VL53L0X的工作模式 9

3.3.3 原理图及模块引脚说明 10

3.4 数据存储模块 11

3.4.1 AT24C02简介 11

3.4.2 AT24C02原理图及模块引脚说明 11

3.5 LCD显示模块 12

3.5.1 LCD12864B简介 12

3.5.2 原理图及模块引脚说明 12

第四章 系统软件设计 15

4.1系统软件结构框图 15

4.2 软件开发环境 16

4.3 具体程序设计与分析 16

4.3.1 红外测距模块程序设计 16

4.3.2 I²C通信 18

4.3.3 LCD显示程序设计 19

4.4 设计成果 20

第五章 校准与数据分析 22

5.1 误差校准 22

5.2 测量数据分析 24

5.3.1 外界光线的影响 25

5.3.2不同颜色的影响 25

5.3.3 不同材料的影响 26

5.3.4 不同粗糙程度的影响 27

5.3.5不同温度的影响 28

5.4 小结 29

第六章 总结与展望 31

6.1 总结 31

6.2 展望 31

参考文献 33

致谢 35

第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

随着智能家电与智能机器人的应用越来越广泛，很多智能产品都要求对距离进行精确检测，而且对测距的实时性和精度都有一定的要求。本课题设计的是高精度、高实时性的近距离红外测距仪。

早在上世纪60年代，红外测距就已经得到了应用。这种方法以红外线作为传输媒介，用来进行测量工作。相比超声波测距、激光测距等其他测距技术，红外测距具有其特有的优点。红外测距通常实现难度较小，成本较低，性能稳定，给使用者带来的感觉是简单易用，在各种行业都有着独到的应用。市场对红外测距仪的需求量比较大，此技术的发展空间也比较广。

1.2 国内外发展现状

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