高精度红外测距传感的应用(附件)【字数：10176】
摘 要红外测距与颜色识别主要是应用于现代社会车辆避障、物体定位等功能中，一种旨在改进现代测距方式的新型测距系统。传统的红外测距是以测量红外从发射到接收的时间为基础。由于光的速度很快，运行时间很短，发射和接收之间的时间难于确定。基于这个原因考虑，本设计采用以反馈测距的新型测量模式，其优点是结构简单，体积缩小，降低了成本。本次设计通过大量实验和查阅相关文献， 最终采用了以555定时器为基础，建立测量距离与555振荡频率之间的关系，设计出一种新颖独特的测距仪器。本次毕业设计中做的课题是高精度红外测距传感的运用。主要采用的是用555定时器和avr mega16芯片来作为设计基础。在本次设计电路中，红外测距和颜色识别的实现是通过红外发射，接收管接收反射回来的红外光线的强弱信号，作为555振荡的反馈信号，最终使555产生不同频率的脉冲。通过脉冲的变化来反映距离的变化，找出其关系式从而达到测距的目的，距离数值通过数码管显示。
目 录
第一章 绪论 1
1.1红外测距的应用领域 1
1.2红外测距方式对比 1
1.3红外测距的发展历史 1
第二章 高精度红外测距传感器的设计 2
2.1结构设计 2
2.1.1结构组成 2
2.1.2系统工作过程 2
2.1.3功能 3
2.2红外测距原理 3
2.3电路设计过程 4
2.3.1?单片机电路的设计? 4
2.3.2发射器件与接收器件 5
2.3.3红外传感器信号放大 7
2.3.4 555定时器工作模式选择 7
2.3.5显示模块的选择 10
2.3.6电路设计方案的选定 11
2.4 信号处理和采集数据过程 12
2.4.1单片机信号处理过程 12
2.4.2采集数据过程 12
第三章 红外测距传感器的应用分析 14
3.1红外测距的分析 14
3.1.1红外测距方法 14
3.1.2高精度红外测距方式性能分析 14
3.2 红外传感的应用 14
3. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
3 设计中存在的问题分析 15
第四章 系统软件设计 16
4.1系统设计框图 16
4.2系统软件设计 16
4.2.1软件设计过程 16
4.2.2程序流程 17
4.3调试与仿真 18
4.3.1 Proteus 软件使用 18
4.3.2 Altium Designer简介 18
4.3.3调试过程 19
结束语 20
致 谢 21
参考文献 22
附录A 23
附录B 27
第一章 绪论
1.1红外测距的应用领域
红外测距的应用在当今社会中扮演着重要的角色，在生活中很多地方都应用着激红外测距的器件。比如在卫星测距，船舶远航，车辆定位等等。
在科研上高精度红外测距的应用，能够提高测试实验数据的精度，使得到的数据也具有很大的参考价值。除了用于测距，红外也能用于识别颜色，其用途也很广，例如它能够对植物生长情况进行监控，能够帮助色盲患者识别颜色等等。
1.2红外测距方式对比
传统的红外测距方法为时间差距测量法、反射能量测距法和相位法。1.时间差距测量法的方式具体方法如下：测距仪在发射光线后，经过被测物体反射后，在被测距仪接收，计算发射与接收之间的时间，光速和光的往返时间一半的乘积就是被测物体和测距仪之间的距离。2.相位法测距：它是利用周期为T的高频电振荡将测距仪的发射光源进行振幅调制，光强随振荡频率进行周期性变换，在同一时间，记录发射光波与接收光波之间的相位差，然后根据这相位差换算出距离。3.反射能量法是：发射器发射光线（一般为红外光），经过接收发射回来的光强，再通过光电转换器计算目标距离。在总结这三个测距方法之后，再集中三个测距方法的优点，设计出一种新型的反馈测距模块。此次设计中的测距方式与以往测距方式有所不同。本次设计的红外测距是以红外光做发射光源，通过接收管接收光的强弱，经过转换模块，单片机处理信号，再记录同一时刻的频率与距离数值，找出对应的关系式，来验证本次设计猜想。
1.3红外测距的发展历史
自红外线从十八世纪初发现以来，对于红外的研究从不可见，到“可见”社会中对于红外的运用也慢慢形成一个庞大的产业链，对红外未来的多用途发展有着很可观的发展。从红外的热效应，发展了夜视仪、遥控、人工智能等等。从红外的光效应，又逐步发展了测距仪器。多种多样的红外传感器在现代生活中已经成了不可替代的一部分。本次研究的课题是高精度红外测距传感器的运用，除了是为了能够验证本次设计猜想，更是为了希望能够基于本次设计,给诸多基于红外传感器发展的企业的带来更多创意想法。
第二章 高精度红外测距传感器的设计
2.1结构设计
2.1.1结构组成
本次毕业设计首先是对系统的主要功能进行分析，确认此单片机红外测距系统的主要功能有以下几点：能够对脉冲频率进行捕捉，能找到实物距离和频率的对应关系，能实现实物距离和数码管显示的对应功能。
本次设计的组成结构如图21所示，是由mega16单片机，电源，复位电路，晶振电路，数码管模块，红外传感器模块组成。
图21 设计结构图
整个设计是基于单片机mega16来进行，设计中电源模块，复位电路，晶振电路是组成单片机电路的最小系统板。工作过程中单片机控制数码管显示，红外模块是发送信号给单片机处理。
电源模块：使用220v转5v开关电源。
复位电路：是为了防止系统程序在运行中出现错误，强制单片机终止程序，使它恢复到起始状态。一般我们是通过给外部引脚RESET置于高电平，来达到复位效果。
晶振电路：主要是帮助单片机提供一个时钟信号，单片机本身内部是有振荡器的，一般来说大多数单片机系统首先选择内部时钟方式，因为单片机内部振荡器就能够与电容构成一个时钟源，若想提高时间精度，需在外界再接一个晶振电路。本次设计中，内部晶振8MHZ可以达到本次设计的要求，所以可以不需要接外部晶振电路。
目 录
第一章 绪论 1
1.1红外测距的应用领域 1
1.2红外测距方式对比 1
1.3红外测距的发展历史 1
第二章 高精度红外测距传感器的设计 2
2.1结构设计 2
2.1.1结构组成 2
2.1.2系统工作过程 2
2.1.3功能 3
2.2红外测距原理 3
2.3电路设计过程 4
2.3.1?单片机电路的设计? 4
2.3.2发射器件与接收器件 5
2.3.3红外传感器信号放大 7
2.3.4 555定时器工作模式选择 7
2.3.5显示模块的选择 10
2.3.6电路设计方案的选定 11
2.4 信号处理和采集数据过程 12
2.4.1单片机信号处理过程 12
2.4.2采集数据过程 12
第三章 红外测距传感器的应用分析 14
3.1红外测距的分析 14
3.1.1红外测距方法 14
3.1.2高精度红外测距方式性能分析 14
3.2 红外传感的应用 14
3. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
3 设计中存在的问题分析 15
第四章 系统软件设计 16
4.1系统设计框图 16
4.2系统软件设计 16
4.2.1软件设计过程 16
4.2.2程序流程 17
4.3调试与仿真 18
4.3.1 Proteus 软件使用 18
4.3.2 Altium Designer简介 18
4.3.3调试过程 19
结束语 20
致 谢 21
参考文献 22
附录A 23
附录B 27
第一章 绪论
1.1红外测距的应用领域
红外测距的应用在当今社会中扮演着重要的角色，在生活中很多地方都应用着激红外测距的器件。比如在卫星测距，船舶远航，车辆定位等等。
在科研上高精度红外测距的应用，能够提高测试实验数据的精度，使得到的数据也具有很大的参考价值。除了用于测距，红外也能用于识别颜色，其用途也很广，例如它能够对植物生长情况进行监控，能够帮助色盲患者识别颜色等等。
1.2红外测距方式对比
传统的红外测距方法为时间差距测量法、反射能量测距法和相位法。1.时间差距测量法的方式具体方法如下：测距仪在发射光线后，经过被测物体反射后，在被测距仪接收，计算发射与接收之间的时间，光速和光的往返时间一半的乘积就是被测物体和测距仪之间的距离。2.相位法测距：它是利用周期为T的高频电振荡将测距仪的发射光源进行振幅调制，光强随振荡频率进行周期性变换，在同一时间，记录发射光波与接收光波之间的相位差，然后根据这相位差换算出距离。3.反射能量法是：发射器发射光线（一般为红外光），经过接收发射回来的光强，再通过光电转换器计算目标距离。在总结这三个测距方法之后，再集中三个测距方法的优点，设计出一种新型的反馈测距模块。此次设计中的测距方式与以往测距方式有所不同。本次设计的红外测距是以红外光做发射光源，通过接收管接收光的强弱，经过转换模块，单片机处理信号，再记录同一时刻的频率与距离数值，找出对应的关系式，来验证本次设计猜想。
1.3红外测距的发展历史
自红外线从十八世纪初发现以来，对于红外的研究从不可见，到“可见”社会中对于红外的运用也慢慢形成一个庞大的产业链，对红外未来的多用途发展有着很可观的发展。从红外的热效应，发展了夜视仪、遥控、人工智能等等。从红外的光效应，又逐步发展了测距仪器。多种多样的红外传感器在现代生活中已经成了不可替代的一部分。本次研究的课题是高精度红外测距传感器的运用，除了是为了能够验证本次设计猜想，更是为了希望能够基于本次设计,给诸多基于红外传感器发展的企业的带来更多创意想法。
第二章 高精度红外测距传感器的设计
2.1结构设计
2.1.1结构组成
本次毕业设计首先是对系统的主要功能进行分析，确认此单片机红外测距系统的主要功能有以下几点：能够对脉冲频率进行捕捉，能找到实物距离和频率的对应关系，能实现实物距离和数码管显示的对应功能。
本次设计的组成结构如图21所示，是由mega16单片机，电源，复位电路，晶振电路，数码管模块，红外传感器模块组成。
图21 设计结构图
整个设计是基于单片机mega16来进行，设计中电源模块，复位电路，晶振电路是组成单片机电路的最小系统板。工作过程中单片机控制数码管显示，红外模块是发送信号给单片机处理。
电源模块：使用220v转5v开关电源。
复位电路：是为了防止系统程序在运行中出现错误，强制单片机终止程序，使它恢复到起始状态。一般我们是通过给外部引脚RESET置于高电平，来达到复位效果。
晶振电路：主要是帮助单片机提供一个时钟信号，单片机本身内部是有振荡器的，一般来说大多数单片机系统首先选择内部时钟方式，因为单片机内部振荡器就能够与电容构成一个时钟源，若想提高时间精度，需在外界再接一个晶振电路。本次设计中，内部晶振8MHZ可以达到本次设计的要求，所以可以不需要接外部晶振电路。
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