摘 要

现代科学发展迅速，出现了许多新的领域，比如测距、无线传感、通信等等，当前电子测距所采用的方法主要有超声波测距、激光测距和红外线测距等^[3]。在这几种测距方法中激光测距法一枝独秀，性能卓越。但因为其价格太高，而且多用于军工企业等方面导致在生活中的应用很少。而由于红外线具有成本低、容易实现、精度较高等优点，为了实现对物体近距离、高精度的无线测量，本文对红外测距领域做了一些研究调查。本文采用单片机这个简单方便的设备作为处理器，来控制红外传感器发射与接收红外线，并编写了A/D转换程序以及LCD显示程序，以及采用红外传感器作为工作模块来完成一套精度较高、可以实时显示的距离的系统。有结构简单，易携带，成本较低等优点，是一套近距离测距十分方便的系统。

本篇论文利用夏普GP2Y0A02YK0F红外传感器结合STM32单片机的性能，并进行合理的电路设计，实现了红外测距的功能，最终在LCD液晶显示屏上显示较为精确的距离。整个系统的电路结构易懂，操作方便。本文不但介绍了红外线及红外传感器的原理、分类应用，STM32单片机的功能、使用方法；还简单阐述了红外测距系统的基本结构及工作原理。介绍了STM32单片机、夏普红外传感器以及LCD显示屏的工作电路，整个系统的设计构想，并且设计了系统的硬件以及软件（编程）部分，对整个系统进行了调试。最后对整个设计过程、难题、问题进行总结反思，并说明此测距系统实现的可行性。

关键词 红外测距 A/D转换 STM32 LCD显示

Abstract

Modern science is changing dramatically, developing rapidly, there have been many new areas, such as measuring distance, wireless sensor, telecommunication, etc. The current electronic distance measurement methods mainly used ultrasonic ranging, laser ranging and infrared ranging, but the laser ranging method is superior to other distance measurement system. However, as its price is too high, and mainly used in military enterprises, other aspects of life in the application of very little. In order to realize the near-distance and high-precision wireless measurement of the object, this paper makes some research on the field of infrared ranging, because of its low cost, easy realization and high precision. This paper uses the simple and convenient equipment of the SCM (Single Chip Microcomputer) as a processor to control the infrared sensor to transmit and receive infrared, and writes the A / D conversion program and LCD display program.

In this paper, to achieve the infrared ranging function, using Sharp GP2Y0A02YK0F infrared sensor combined with STM32 microcontroller, and designed reasonable electric circuit, and shows a more accurate distance in the LCD screen finally. The electric circuit structure of the whole system is easy to understand and easy to operate. This paper describes the infrared, infrared sensor principle and classification applications, the function and using methods of STM32 SCM. This paper also introduces the design of circuit in STM32 SCM, Sharp infrared sensor and LCD display. the design of the whole system, and the design of the system hardware and software (programming). The system was debugged. Finally, summarize the entire design to demonstrate the feasibility of infrared distance measurement.

Keywords Infrared range, A/D converter, STM32, LCD

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3本文研究内容 2

第2章 红外测距原理 3

2.1 红外测距系统工作原理 3

2.1.1 反射能量法测距 3

2.1.2 相位法测距 4

2.1.3 时间差法测距 4

2.1.4 双像比较法原理 4

2.1.5 三角定位法原理 4

2.2 本章小节 5

第3章 红外测距系统硬件设计 6

3.1红外测距系统的硬件设计 6

3.1.1 红外传感器模块 7

3.1.2 显示模块 9

3.1.3 单片机模块 11

3.2 本章小结 17

第4章 红外测距系统软件设计 18

4.1 红外测距系统工作流程 18

4.2 红外测距软件程序设计 19

4.3 本章小结 22

第5章 系统功能调试及误差分析 23

5.1 功能调试 23

5.1.1 硬件功能调试 23

5.1.2 软件功能调试 24

5.1.3 数据测试结果 25

5.2 误差分析 27

总 结 28

参考文献 30

附录A 31

致 谢 33

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

随着社会进步，科技创新，现代科技有了突飞猛进的发展，在工程上常常要应用到的一个很重要的领域就是测距。目前在测距领域中激光测距在精确度方面独占鳌头,激光测距是利用激光作为测量媒介进行的精准测量方法。激光测距应用了物体反射的原理,在一开始工作的瞬间立刻向物体发射激光,并瞬时接收由物体反射回的激光信号,在此过程中测定激光在这一过程中传输的具体时间来计算出测量距离。此方法对测量环境、条件极其苛刻,所以应用范围较窄。微波雷达测距的技术要求十分严厉，而且相关设施的造价极其昂贵，在军工应用上得以开发,不过其在民用市场比较冷门。另外还有两种在生活中比较常用的传感器测距方法，分别是超声波测距和红外线测距。这两种测距的原理与激光测距类似，超声波测距是以声音为媒介,但此方法比较“笨重”、组件价格稍微高了一些,市场欢迎度和开拓空间不大。而红外线测距利用红外线的特点:传播难分散、折射率较小,在测距领域广受欢迎,相比于超声波测距,它的测量精度更高,测距方法也同激光测距一样,根据红外线从发射到被物体反射回的所用时间,通过相应公式来计算出距离。红外测距有比较高的应用价值,而且有广阔的市场领域和很好的发展前景。

1.2国内外研究现状

红外探测器(包含测距、探测、制导等方面)芯片不断遭到西方政府和供应商的限制。为打破国外的技术垄断的局面,实现国内技术自支持,高德红外在2012年第二季度用超过2亿元的资金实施“红外焦平面探测器产业化”项目,从那时起高德红外成为国内技术的领头羊。目前在国内，有超过400家的企业、公司在红外技术方面的进行产品研发。在国有控股的企业中，从事红外器件、系统的主要研制单位有:中电11所、兵器211所、中科院上海技术物理所、8358所、613所、船舶717所等。位于武汉的武汉高德、浙江的大立科技和广州的广州飒特等成为了国内红外产品产业的主力军,市场占有率高达60%以上。中国的红外技术产业用10年功夫从国外厂商抢回了50%以上的市场份额,初步完成了进口替代的指标。目前国产红外产品性能已堪比进口产品,有物美价廉的优点,同时国内企业在整体技术思路、后续电路设计、人力资源管理、图像处理软件以及市场占有率等方面有竞争力,但还要在核心技术、核心部件方面需要继续努力。

而作为技术的发源地,国外的红外技术发展的已经相当成熟,国外品牌一直在中国的防盗报警市场占据着巨大的份额。早期的美国安定保、Camp;K、日本艾礼富、以色列EL,还有近几年兴起的加拿大枫叶、德国博世、美国GE等品牌,这些厂商无论在技术上还是资金支持上都具有很大的优势,对国内厂商的发展产生了重大的冲击。国内的红外传感技术在2000年起步,而从2004年开始有了突飞猛进的发展,有些厂商的投资成本、企业发展规模以及技术支持等方面都在飞速扩张。但和国外的已经成熟的产业体系相比还是有很大的差距。

1.3本文研究内容

本论文的内容安排大致如下：