红外线测距系统

红外线测距系统

试验方案

专业: 电子1201

组员：刘强（2012010527）

朱钰（2012010950）时间：2014，6，9

指导老师: 常志强

摘要

红外测距的探测距离较短，一般在几十厘米之内，本文介绍一种基于AT89C 52单片机设计的红外测距仪，可以测量距离，以及计算出被测物体的面积或体积。首先，在绪论中，介绍了红外线及红外传感器的分类和应用、AT89C52单片机的应用与说明以及ADC0804芯片的简介。其次，阐述了与红外测距的工作原理基本结构，对红外测距的发射与接收器件也做了详细说明。再次，介绍了红外测距的硬件设计和软件设计。在硬件设计中，介绍了红外测距实现的构想，给出红外测距硬件电路原理图，并说明了红外发射驱动电路、红外接收驱动电路、键盘、A/D转换电路、LCD显示电路工作原理及AT89C52单片机的管脚分配。在软件设计中，说明了整个程序流程及各程序设计函数。最后，是对整个设计的结论，说明了红外测距的可行性。。关键字：红外线单片机 ADC0804i

目录

一．红外测距的工作原理与基本结构 (4)

1.1 红外线发射器件的结构与分类 (4)

1.2 红外线测距的工作原理 (5)

1.3 红外测距系统的基本结构 (5)

二．红外测距的硬件设计 (6)

2.1 红外测距的实现构想 (6)

2.2 系统硬件结构电路图 (6)

2.3 各硬件电路设计 (7)

三．红外测距的软件设计 (9)

3.1 系统软件结构框图 (9)

3.2 误差分析 (19)

四．实验心得 (20)

参考文献 (21)

附录 (21)

一．红外测距的工作原理与基本结构

1.1 红外线发射器件的结构与分类

红外线发射器件是最长用的为红外发光二极管，它与普通发光二极管的结构原理以及制作工艺基本相同，是只有一个PN结的半导体器件，只是所有的材料不同，制造红外发光二极管砷化钾，砷铝钾等，其中应用最多的是砷化钾。红外发光二极管一般采用环氧树脂，玻璃，塑料等封装，除白色透明材料封装外，还可见到用蓝色透明材料封装的，。红外发光二极管按发光功率的大小，可分为小功率，中功率，大功率三种。另外，红外发光二极管除顶面发光型外，还有侧面发光型。小功率管一般采用全塑封装，也有部分是采用陶瓷底座，顶端用玻璃或环氧树脂透镜封装的，中大功率管一般采用带螺纹金属底座，以便安装散热片。随着发光功率得提高，相应体积的管子也增大。

1.1.1红外发光二极管测试方法

用万用表R X 1K档测量，正向电阻在30KΩ左右，反向电阻在200KΩ以上的管子是好的。反向电阻越大，漏电流越小，质量越好。若反向电阻只有几十K Ω，说明管子质量不好，但可使用。若管子的正向的反向电阻都为无穷大或为零，说明管子是废品，不能使用；还可以先把红外发光二极管接到电路中，接通电源后再用手机的摄像头对准红外发光管。可以看到管子发出淡粉色的光，则红外发光二极管好使。

1.1.2 红外光敏二极管原理与分类

我们知道半导体具有光电效应，即用光照半导体，可使半导体的电阻率发生变化。利用半导体的光电效应可以制成光电二极管，不同的半导体材料对不同波长的入射光的响应是不同的。

光敏二极管有顶面受光和侧面受光两种形式。它也是采用塑料、玻璃、环氧树脂等材料封装。

1.1.3 光敏二极管的简单测试

一般用万用表R X 1K档，光敏二极管的正向电阻较普通二极管大些，约十几KΩ左右，反向电阻随光照变化。无光照时（用物体将管子挡住，不让光照射），反向电阻接近无穷大，说明漏电流大。管子的反向电阻至少应在500KΩ以上，有光照射时（在较强日光或灯光下），反向电阻越小越好，一般应在20KΩ以下。

若有光照射时反向电阻为穷大或为零，说明管子是坏的。光敏二极管的引线较长的一根是正极。

1.2红外线测距的工作原理

对某一特定物体距离的测量是光学仪器领域的热门课题之一。红外传感器的测距基本原理为红外发射电路的红外发光管发出红外光，由红外接收电路的光敏接收管接收发射光。根据发射光的强弱可以判断所测的距离，由于接收管接收的光强是随与发光管的距离变化而变化的，因而，距离近则接收光强，距离远则接收光弱。

因为红外线是介于可见光和微波之间的一种电磁波，因此，它不仅具有可见光直线传播、反射、折射等特性，还具有微波的某些特性，如较强的穿透能力和能贯穿某些不透明物质等。红外传感器包括红外发射器件和红外接收器件。自然界的所有物体只要温度高于绝对零度都会辐射红外线，因而，红外传感器须具有更强的发射和接收能力。

1.3 红外测距系统的基本结构

该系统主要由红外发射电路、红外接收电路、A/D转换电路，AT89C52芯片、键盘接口电路及LCD显示电路等组成。其组成框图如图2所示：

图 2

其工作原理为：单片机上电发射红外信号，由键盘控制红外接收电路以及A/D

转换电路的工作，将转换结果通过单片机处理后送到LCD显示屏，显示被测距离。如有需要，也可通过键盘控制测量被测物体的长于宽，从而计算出被测物体的面积或体积，最后将结果显示到LCD显示屏上。

二．红外测距的硬件设计

2.1 红外测距的实现构想

为了实现红外测距，在硬件设计中，我们可以使红外发射驱动电路驱动发射头的红外二极管发出红外光，当红外光由红外接收驱动电路驱动红外接收头的光敏二极管接收到，并通过电压转换，将其转换为可测量的电压值，因为红外光的强度会随距离的缩小而增强，红外接收电路转化的电压值会随之增强。又因为电压与距离成比例，通过对转换的电压的计算，我们可以知道红外发射模块与接收模块的距离。

我们采用LCD显示屏动态显示变化中的距离， LCD显示器与AT89C52芯片的P0口与P2.0-2.2接口相接，在红外接收模块运动过程，AT89C52芯片内部会将电压模拟量通过A/D转换将其转化为可显示的数字量，然后通过LCD显示器显示出。键盘与AT89C52芯片的P3.4、P3.5、P3.6、P3.7引脚相接，通过键盘接口可以实现距离的测量与面积的计算。

2.2 系统硬件结构电路图

整个红外测距系统由AT89C52芯片、红外发射驱动电路、红外接收驱动电路、键盘、A/D转换电路与LCD显示器构成。硬件结构电路图如图3所示：

图3 硬件结构电路图