超声波和红外线的测距定位系统(附件)【字数：10139】
摘 要摘 要21世纪的今天，人类大大拓展了自己的生存空间。在此过程中，往往需要定位技术的支持。全球定位系统如美国开发的GPS、中国的北斗、俄罗斯的GLONASS系统等在全球大范围定位上发挥着巨大作用，但在局部定位中还存在不足。本文针对目前这种情况设计的基于超声波和红外线的测距定位系统,具有适用范围广，成本低，精确度高的优点，满足市场的需求。本系统使用单片机作为中心处理芯片，完成对障碍物的距离测量和坐标定位。在设计中使用超声波传感器对障碍物进行声波探测，单片机对发射和接收到的声波信号进行分析和数据处理，获取所测物体到系统的距离。红外传感器用来感知障碍物的存在，给单片机发射信号来控制舵机的转动。借助舵机来带动红外传感器转动，扩大超声波传感器的检测范围，使系统不仅仅局限于某一固定方向障碍物的探测，也可以得到障碍物在其他方向上的角度。有了距离和角度，就可以计算出距离和坐标，最后将结果显示在LCD1602液晶显示屏上，并通过蜂鸣器报警。关键词:单片机；超声波；红外线；测距；定位Abstract
目录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 课题研究意义 1
1.3 国内外研究现状 2
1.3.1国外研究现状 2
1.3.2国内研究现状 2
1.3.3现阶段常见问题及分析 3
1.4本课题主要研究内容 3
1.5论文的组织结构 4
1.6本章小结 4
第二章 测距定位系统工作原理 5
2.1 超声波介绍 5
2.2超声波测距模块 6
2.3 超声波的产生原理 7
2.4 超声波测距原理 8
2.5 红外传感器 9
2.6 舵机 10
2.7本章小结 12
第三章 系统总体方案设计 13
3.1 系统硬件设计 13
3.1.1超声波发射和接收电路设计 14
3.1.2舵机电路设计 16
3.1.3红外电路设计 16
3.1.4 时钟电路的设计 16
3.1.5复位电路的设计 17
3.1.6 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
LCD显示电路 17
3.2 系统软件设计 18
3.2.1主程序工作流程图 19
3.2.2超声波发生子程序和超声波接收中断程序 19
3.2.3 舵机控制程序 21
3.3本章小结 22
第四章 系统实现 23
4.1 定位原理 23
4.2实物测试 24
4.3误差分析 25
4.4 本章小结 26
结论与展望 27
致谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
21世纪的今天，人类大大拓展了自己的生存空间。在此过程中，往往需要定位技术的支持。全球定位技术如美国开发的GPS、中国的北斗、俄罗斯的GLONASS系统在大空间内利用全球定位卫星发挥着定位、测速、测距等作用。但在局部小空间范围内，全球定位系统还有着自身的缺陷，如卫星覆盖不到、信号接受不畅等问题，不能满足用户的需求。在生活中，用户有时需要在局部空间内得到某些目标物的相对位置或对某一区域进行入侵检测，如汽车倒车雷达的运用即需要对局部空间目标物的检测。在生活中，居民也可以在门前安放基于超声波和红外线的测距定位系统用作入侵检测，来防止家中无人时盗窃事件的发生。全球定位系统并不能满足用户这一需求。
在这一需求驱动下，开发一个小范围局部空间内的定位系统就显得尤为迫切。基于红外线与超声波测距定位系统凭借功耗低、成本小、无污染、快速便捷等优点，可以满足人们在生产生活中的需求。
1.2 课题研究意义
目前超声波测量多应用于0~10m间隔范围内固体和液体的测量，具有精度高，测量稳定的特点。如今，随着对于超声波检测技术研究的逐渐深入，这项技术开始普遍应用于生产生活的众多领域，如制造业方面的自动化控制，建筑业上工程测绘。此外在材料科学、医学、生物科学等领域中也扮演着重要角色。
超声波传感器通过发送超声波信号感知物体，无需接触目标物。避免像红外线测距受光照、色彩等影响，无污染，更适用于各种复杂极端环境，具有感知位于昏暗、粉尘、电磁波扰动等极端情况的目标物的能力。具备耐用度高、无污染、准确度高、工作时间长等诸多优势。所以可广泛应用于醋业、啤酒业、污水处理、纸业、农业灌溉、环保检测、料位测量、车辆自动导航等诸多领域中。可在多种情况中开展实时测量，可用来实施对于水、酒、醋、牛奶等液位测量，可进行差值设定，表现各类液位罐的液位、料位高度。所以，该系统可以在极端环境下发挥着重要作用。超声波检测快速便捷、易于操作、可以实现即时控制，而且测量准确度高，能够满足产业要求。综上，基于超声波和红外的测距定位系统在液位高度测量、汽车障碍物定位和避障、工业探伤等领域有广泛的利用。
1.3 国内外研究现状
1.3.1国外研究现状
从20世纪90年代起，针对不同的用途和技术方法，国外许多科研院所开始了基于测距技术的三维定位跟踪系统的研究，具有代表性的AT&T Cambridge开发的Active badges定位系统、Cricket定位系统、微软的Easy Living项目等[1]。
1992年，英国剑桥Olivetti开发的Active badges 定位系统是最早的三维定位跟踪系统之一[23]。使用红外定位技术，在目标物上粘上红外标识，该标识按时发送能够识别自己的信息。在目标区域固定位置放置红外接收机，用来提取红外信号的数据，并把数据传输给控制中心。对于红外线而言，红外接收机不能实时检测，影响了该定位系统的实时性和准确性。
微软公司开发了最早的基于WIFI信号的室内定位系统。雷达证明射频指纹识别技术和环境性能使用商品无线局域网硬件可以用于确定用户和计算机的位置，建筑物内部，从而使室内位置感知应用程序。但是，该系统的实现还需要增加相应支持设备，费用非常昂贵，即使如此所取得的定位误差依然不能够令人满意。RADAR系统只有50%的概率将目标定位误差控制在3m以内[4]。
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第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 课题研究意义 1
1.3 国内外研究现状 2
1.3.1国外研究现状 2
1.3.2国内研究现状 2
1.3.3现阶段常见问题及分析 3
1.4本课题主要研究内容 3
1.5论文的组织结构 4
1.6本章小结 4
第二章 测距定位系统工作原理 5
2.1 超声波介绍 5
2.2超声波测距模块 6
2.3 超声波的产生原理 7
2.4 超声波测距原理 8
2.5 红外传感器 9
2.6 舵机 10
2.7本章小结 12
第三章 系统总体方案设计 13
3.1 系统硬件设计 13
3.1.1超声波发射和接收电路设计 14
3.1.2舵机电路设计 16
3.1.3红外电路设计 16
3.1.4 时钟电路的设计 16
3.1.5复位电路的设计 17
3.1.6 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
LCD显示电路 17
3.2 系统软件设计 18
3.2.1主程序工作流程图 19
3.2.2超声波发生子程序和超声波接收中断程序 19
3.2.3 舵机控制程序 21
3.3本章小结 22
第四章 系统实现 23
4.1 定位原理 23
4.2实物测试 24
4.3误差分析 25
4.4 本章小结 26
结论与展望 27
致谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
21世纪的今天，人类大大拓展了自己的生存空间。在此过程中，往往需要定位技术的支持。全球定位技术如美国开发的GPS、中国的北斗、俄罗斯的GLONASS系统在大空间内利用全球定位卫星发挥着定位、测速、测距等作用。但在局部小空间范围内，全球定位系统还有着自身的缺陷，如卫星覆盖不到、信号接受不畅等问题，不能满足用户的需求。在生活中，用户有时需要在局部空间内得到某些目标物的相对位置或对某一区域进行入侵检测，如汽车倒车雷达的运用即需要对局部空间目标物的检测。在生活中，居民也可以在门前安放基于超声波和红外线的测距定位系统用作入侵检测，来防止家中无人时盗窃事件的发生。全球定位系统并不能满足用户这一需求。
在这一需求驱动下，开发一个小范围局部空间内的定位系统就显得尤为迫切。基于红外线与超声波测距定位系统凭借功耗低、成本小、无污染、快速便捷等优点，可以满足人们在生产生活中的需求。
1.2 课题研究意义
目前超声波测量多应用于0~10m间隔范围内固体和液体的测量，具有精度高，测量稳定的特点。如今，随着对于超声波检测技术研究的逐渐深入，这项技术开始普遍应用于生产生活的众多领域，如制造业方面的自动化控制，建筑业上工程测绘。此外在材料科学、医学、生物科学等领域中也扮演着重要角色。
超声波传感器通过发送超声波信号感知物体，无需接触目标物。避免像红外线测距受光照、色彩等影响，无污染，更适用于各种复杂极端环境，具有感知位于昏暗、粉尘、电磁波扰动等极端情况的目标物的能力。具备耐用度高、无污染、准确度高、工作时间长等诸多优势。所以可广泛应用于醋业、啤酒业、污水处理、纸业、农业灌溉、环保检测、料位测量、车辆自动导航等诸多领域中。可在多种情况中开展实时测量，可用来实施对于水、酒、醋、牛奶等液位测量，可进行差值设定，表现各类液位罐的液位、料位高度。所以，该系统可以在极端环境下发挥着重要作用。超声波检测快速便捷、易于操作、可以实现即时控制，而且测量准确度高，能够满足产业要求。综上，基于超声波和红外的测距定位系统在液位高度测量、汽车障碍物定位和避障、工业探伤等领域有广泛的利用。
1.3 国内外研究现状
1.3.1国外研究现状
从20世纪90年代起，针对不同的用途和技术方法，国外许多科研院所开始了基于测距技术的三维定位跟踪系统的研究，具有代表性的AT&T Cambridge开发的Active badges定位系统、Cricket定位系统、微软的Easy Living项目等[1]。
1992年，英国剑桥Olivetti开发的Active badges 定位系统是最早的三维定位跟踪系统之一[23]。使用红外定位技术，在目标物上粘上红外标识，该标识按时发送能够识别自己的信息。在目标区域固定位置放置红外接收机，用来提取红外信号的数据，并把数据传输给控制中心。对于红外线而言，红外接收机不能实时检测，影响了该定位系统的实时性和准确性。
微软公司开发了最早的基于WIFI信号的室内定位系统。雷达证明射频指纹识别技术和环境性能使用商品无线局域网硬件可以用于确定用户和计算机的位置，建筑物内部，从而使室内位置感知应用程序。但是，该系统的实现还需要增加相应支持设备，费用非常昂贵，即使如此所取得的定位误差依然不能够令人满意。RADAR系统只有50%的概率将目标定位误差控制在3m以内[4]。
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