摘 要

红外测距系统一般具有精确度高、抗干扰能力强、体积小、重量轻等优点，因而应用领域广、行业需求众多，市场需求空间大。本课题探讨了一款基于单片机实现的红外测距系统，并使用意法半导体集团生产的STM32系列单片机作为主控芯片进行硬件设计，以验证课题实现的情况。

本文着重于研究硬件电路的设计与实现，对各个模块的实现方法和具体电路进行了分析，在此基础上形成总体电路，重点在于对电路原理图的设计和PCB的绘制。本系统完成后可以应用于测量距离、避障等场合，具有一定的实用价值。

关键词：红外测距 无线数据传输 STM32

Wireless Data Transmission of Infrared Ranging (Hardware Design)

Abstract

The Infrared Ranging System Generally Has the Advantages of High Precision, Strong Anti-interference Ability, Small Size, Light Weight, etc., and Thus Has Wide Application Fields, Numerous Industrial Demands, and Large Market Demand Space. This Topic Explores an Infrared Ranging System Based on Single-chip Microcomputer, and Uses the STM32 Series MCU Produced by STMicroelectronics as the Main Control Chip for Hardware Design to Verify the Realization of the Subject.

This Paper Focuses on the Design and Implementation of Hardware Circuits, and Analyzes the Implementation Methods and Specific Circuits of Each Module. On This Basis, the Overall Circuit is Formed, Focusing on the Design of the Circuit Schematic and the Drawing of the PCB. After the System is Completed, It Can Be Applied to Measuring Distances, Obstacle Avoidance and Other Occasions, and Has Certain Practical Value.

Key Words: Infrared Ranging; Wireless Data Transmission; STM32

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2 目前相关技术的发展情况 1

1.3 本文的主要研究内容 2

1.4 论文结构 2

第二章 系统的硬件设计 4

2.1 系统总体设计框图 4

2.2 主要芯片及模块介绍 5

2.2.1 LM1117-3.3V 5

2.2.2 单片机 6

2.2.3 红外测距传感器 6

2.2.4 nRF24L01 7

2.2.5 LCD1602 8

2.3 各模块设计方案 9

2.3.1 电源输入模块 9

2.3.2 仿真调试、下载接口 11

2.3.3 红外测距模块 12

2.3.4 无线传输模块 12

2.3.5 LCD显示模块 13

2.3.6 单片机模块 14

第三章 原理图设计及PCB板的绘制 18

3.1 原理图设计 18

3.2 PCB绘制 19

第四章 电路板制作与调试 22

4.1 电路板制作 22

4.1.1 元器件的选择与购买 22

4.1.2 焊接电路板 23

4.2 电路调试 24

4.3 问题分析 27

第五章 总结与展望 28

5.1 论文总结 28

5.2 工作展望 28

参考文献 30

致 谢 32

第一章 绪论

1.1 课题背景

红外线是电磁波的一种形式，是一种不可见的光。根据光的反射原理，当红外线发射出去遇到障碍物会反射回来，接收端接收到这个信号便可以得出红外线的传播时间，有了传播时间和红外线的传播速度就能算出测距仪与障碍物之间的距离，这就是红外测距的基本原理，其应用最早在上世纪60年代就出现了。现代科学技术的发展使得测距技术也不断改进，目前主要的测距技术有激光测距、超声波测距、雷达测距和红外线测距。它们各有优劣，其中激光测距也是依据光的反射原理，与红外线测距的不同点只是把红外线换成了激光束，但由于激光受恶劣的天气、污染等环境条件影响较大，可能会引起较大的误差，影响探测的精确度；对于超声波测距技术，该技术需要特殊的专用部件，造价较高，难以推广；雷达测距技术多用于军事和某些工业领域，它的优点是测量精度高且受环境干扰小，缺点是设备较复杂、价格昂贵，还没有投入民用；红外线测距技术由于其难度不大，测距系统简单易制，成本低廉，性能优良，便于民用推广，因而获得了广泛的应用。另外红外测距还有一个优势就是一般的测距方法无法测量1米以内的距离,而红外测距则可以测出,并且测量精度高。本课题就一款使用单片机读取红外测距传感器实时信息的硬件设计进行了探讨，并用STM32系列单片机作为主控芯片进行硬件设计，以验证课题实现的情况。

1.2 目前相关技术的发展情况

红外测距技术最早诞生于上世纪60年代，它利用红外线传播不扩散、折射率小的特点，开创了一种全新的测距方法。随着科技水平的提高和研究的逐渐深入，红外测距系统性能得到了极大的提升，其测量范围一般为1~5千米，而且具有不错的精度，在工农业生产、国防、汽车和机器人等领域都得到了广泛的应用。

无线传输模块是利用无线技术进行无线传输的模块化产品，它广泛应用于无线通讯、无线控制等领域。我国的无线通信研究起步较晚，与国外发达国家有着不小的差距。但在当时相关部门大力支持无线通信的发展，并制定政策为其开辟了223~235MHz的无线数据通信专用频段，这为日后我国无线通信快速发展奠定了坚实的基础。近几年以来，随着大规模集成电路的持续发展，短距离无线通信系统的大部分功能实现了集成化，一块芯片就能够实现多数通信功能。新一代的短距离无线通信系统体积小、能耗低、稳定性高，开发过程简单快速，能够与各种设备兼容，实现设备间的无线连接，特别适合于构建小型网络，因此在工业、民用领域得到了广泛的应用。

无线数据传输和传统的有线通信方式相比有着明显的优势。首先，在远距离、大规模架设通信设备的时候，如果采用有线通信方式，需要耗费大量的人力物力，建设周期长而且成本很高。而采用无线通信只需要在每个终端安装模块架设天线就可以了，大大降低了时间成本和经济成本。其次，有线通信方式受地理条件的制约，在某些极端地理环境中并不适合甚至不能架设线路，而无线通信却不受险恶地理条件的影响。最后，如果要向已建成的通信系统中添加新的设备，有线通信方式要重新布线施工，而且在施工过程中可能要对原先的线路进行拆除和调整，十分耗费资源。如果采用无线数据传输的方式，只需要在原先的系统中连入新终端的无线传输模块就可以使用，扩展性非常好。因此，无线传输模块广泛应用于工业自动化、GPS定位系统、无人机系统等等。

1.3 本文的主要研究内容

本文通过对红外测距和无线通信模块的资料查询还有所学的硬件知识，设计出一个能够采集红外测距传感器数据并能进行无线传输的通信系统。发送端用主单片机采集红外模块的数据，经过AD转换，计算出距离，然后控制无线传输模块进行数据传输，将计算出的距离发送给接收端。接收端的从单片机从本端的无线传输模块接收数据，并将接收到的数据在显示屏上显示。具体的研究内容有以下几点：

1. 根据要求设计出总体的电路框图；
2. 根据所要实现的功能，设计电路；
3. 设计必要的接口电路，完成电路原理图；
4. 完成原理图对应的PCB图；
5. 组装硬件电路板，协助软件人员进行系统调试；
6. 分析调试过程中遇到的问题，并进行改进。

1.4 论文结构

本文围绕基于红外测距的无线数据传输展开，侧重于分析系统的实现方法以及设计系统的硬件电路。全文共分为五章，具体的章节内容如下：

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