红外测距系统设计光电系统设计

本科生课程论文

论文题目红外光电测距系统设计

课程名称光电系统设计

学生谷幸东、郭晓龙、何志毅、胡健辉学号201211911309、10、11、12

所在学院理学院

所在班级电科1123班

指导教师汤照

目录

第一章绪论 (1)

1.1 红外线概述 (1)

1.2 红外传感器的分类 (1)

1.3 红外传感器的应用 (2)

1.4 AT89C52单片机概述 (3)

1.5 MCP3001简介6

第二章红外测距的工作原理与基本结构8

2.1 红外测距传感器简介8

2.2 红外线测距的工作原理 (8)

2.4红外测距传感器接线10

2.5 红外测距系统的基本结构 (10)

第三章红外测距的硬件设计11

3.1 红外测距的实现构想 (11)

3.2 系统硬件结构电路图12

3.3 各硬件电路设计12

3.3.1 复位电路 (12)

3.3.2 时钟电路 (13)

3.3.3 A/D转换电路 (14)

3.3.4 LCD显示电路 (14)

第四章红外测距的软件设计15

4.1 系统软件结构框图15

4.2 软件程序设计16

4.3 源代码16

第五章仿真测试26

5.1系统的软件的调试仿真26

第六章PCB图及元器件清单28

6.1 PCB图28

6.2 元器件清单28

第七章课程设计任务分工及个人心得体会29

7.1任务分工29

7.2 设计心得体会29

第一章绪论

1.1 红外线概述

红外辐射俗称红外线，又称红外光，它是一种人眼看不见的光线。但实际上它和其他任何光线一样，也是一种客观存在的物质。任何物体，只要它的湿度高于绝对零度，就有红外线向周围空间辐射。它的波长介于可见光和微波之间。红外辐射的物理本质是热辐射。物体的温度越高，辐射出来的红外线越多，红外辐射的能量就越强。研究发现，太谱各种单色光的热效应从紫色光到红色光是逐渐增大的，而且最大的热效应出现在红外辐射的频率围，因此人们又将红外辐射称为热辐射或热射线。

目前红外发射器件（红外发光二极管）发出的是峰值波长0.88uM~0.94uM之间的近红外光，红外接收器件（光敏二极管、光敏三极管）的受光峰值波长为0.88uM~0.94uM之间，恰好与红外发光二极管的光峰值波长相匹配。红外线在通过云雾等充满悬浮离子的物质时不易发生散射，有较强的穿透能力，还具有抗干扰能力强、易于产生、对环境影响小、不会干扰临近的无线电设备的特点，因而被广泛应用。

1.2 红外传感器的分类

常见红外传感器可分为热传感器和光子传感器。

1）热传感器

热传感器是利用入射红外辐射引起传感器的温度变化，进而使有关物理参数发生相应的变化，通过测量有关物理参数的变化来确定红外传感器所吸收的红外辐射。热探测器的主要优点是相应波段宽，可以在室温下工作，使用简单。但是，热传感器相应时间较长，灵敏度较低，一般用于低频调制的场合。

热传感器主要类型有：热敏传感器型，热电偶型，高莱气动型和热释放电型四种。

2）光子传感器

光子传感器是利用某些半导体材料在入射光的照射下，产生光子效应，使材料电学性质发生变化。通过测量电学性质的变化，可以知道红外辐射的强弱。利用光子效应所制成的红外传感器。统称光子传感器。光子传感器的主要特点灵敏度高，响应速度快，具有较高的响应频率。但其一般须在低温下工作，探测波段较窄。

按照光子传感器的工作原理，一般可分为光电和外光电传感器两种，后者又分为光电导传感器、光生伏特传感器和光磁电传感器等三种。

1.3 红外传感器的应用

红外技术是最近几十年中发展起来的一门新兴技术。它已在科技、国防和工农业生产等领域获得广泛的应用。

红外传感器的应用主要体现在以下几个方面：

红外辐射计：用于辐射和光谱辐射测量。

1)搜索和跟踪系统：用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对其运动进行跟踪。

2)热成像系统：能形成整个目标的红外辐射分布图像。

3)红外测距系统：实现物体间距离的测量。

4)通讯系统：红外线通信作为无线通信的一种方式。

5)混合系统：是指以上各类系统中的两个或多个的组合。1.4 AT89C52单片机概述

AT89C52是美国Atmel公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片含8KB的可反复檫写的程序存储器和12B的随机存取数据存储器（RAM），器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片配置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可灵活应用于各种控制领域。AT89C52单片机属于AT89C51单片机的增强型，与Intel公司的80C52在引脚排列、硬件组成、工作特点和指令系统等方面兼容。其主要工作特性是：

●片程序存储器含8KB的Flash程序存储器，可擦写寿命为1000

次；

●片数据存储器含256字节的RAM；

●具有32根可编程I/O口线；

●具有3个可编程定时器；

●中断系统是具有8个中断源、6个中断矢量、2个级优先权的

中断结构；

●串行口是具有一个全双工的可编程串行通信口；

●具有一个数据指针DPTR；

●低功耗工作模式有空闲模式和掉电模式；

●具有可编程的3级程序锁定位；

●AT89C52工作电源电压为5（1+0.2）V，且典型值为5V；

●AT89C52最高工作频率为24MHz

AT89C52的各引脚功能：

·P0口：P0 口是一组8 位漏极开路型双向I/O 口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8 个TTL 逻辑门电路，对端口P0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，在访问期间激活部上拉电阻。在Flash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。

·P1口：P1是一个带部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为部存在上拉

电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。与AT89C51不同之处是，P1.0 和P1.1 还可分别作为定时/计数器2 的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），Flash 编程和程序校验期间，