1、 学年论文学年论文 题题 目目 基于单片机的红外线测距系统 二一二二一二 年年 十二月十二月 二二 日日 目 录 1 引言 . - 1 - 1.1 红外线测距的工作原理 - 1 - 1.2 红外线测距的基本结构 - 2 - 1.3 红外测距与超声测距的优缺点及应用 - 3 - 2 测距系统硬件设计 . - 3 - 2.1 系统硬件结构电路图 - 3 - 2.2 各硬件电路设计 . - 4 - 2.2.1 红外发射电路 - 4 - 2.2.2 红外接收电路 . - 5 - 2.2.3 报警 . - 7 - 2.2.4 键盘 . - 8 - 2.2.5 电源 - 8 - 2.2.6 LED 显示说
2、明 - 10 - 2.2.7ATmega16 单片机. - 11 - 3 测距系统软件设计 . - 12 - 3.1 系统软件结构框图. - 12 - 3.2 各程序设计函数说明 . - 14 - 3.2.1 主程序模块 . - 14 - 3.2.2 设定输入/ 输出引脚 - 15 - 3.2.3 A/ D 转换模块 - 16 - 3.2.4 LED 动态扫描显示模块 . - 16 - 3.2.5 UART 操作的基本函数 - 17 - 3.2.6 键盘处理模块 . - 19 - 4 误差分析 - 21 - 5 结论 . - 21 - 参考文献 - 21 - 谢辞 - 21 - - 1 - 基
3、于基于单片机的红外线测距系统 常程 南京信息工程大学电子信息工程专业，南京 210044 摘要：摘要：在该设计中，以 AVR 单片机为核心，设计了一种基于 ATmega16 芯片的红外测距模块。首先，红外测距的工作原理基 本结构做了详细说明。其次，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、报警电路、键盘、电源电路、LED 显示电路工作 原理及 ATmega16 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和误差分析。最后，是对整个 设计的结论。 关键字关键字：红外线
4、；AVR；ATmega16 1 引言 1.1 红外线测距的工作原理 红外辐射是整个光谱辐射的一部分，红外辐射具有光的基本属性。红外技术是光学的一个应用分支， 光学中的几何光学和物理光学同样是红外系统的理论基础。在红外系统的性能分析和计算中常用光学传递 函数方法去分析评价系统质量。在红外系统能量计算中也可运用波动光学理论。红外光与可见光除了波长 的差异外，就是红外辐射为不可见光，因而不可做成肉眼直接观察的仪器。在红外仪器中，对接收到的红 外图像总需要通过光电或热电方法转换成电信号，然后在转换成可见图像以人眼直接观察判读。 该设计本文采用的是光发射器主动测量，用于发射器随距离的不同而不同（r1km
5、）采用脉冲式激光发射器。 相位测量法试用于的测量，这种测量要将发射波相位和由目标反射波相位加以比较，波的进行时间与 测距仪器到目标的距离成正比，并与相位延迟有关，进行时间 c r2 t . 式中，r 为测距仪到目标的距离，c 为光速。 相位延迟由下式决定： c rfs 2 或tsf2 式中 fs发射器调制频率。由此得 sf c 2 r 对于，相位测量是多值的，故可测量的最大距离 rmax - 2 - 由下式确定 sf c 4 rmax 距离测量精度： sf c 4 r 0 例如：假定发射器调制频率为 fs=2 MHz，相位测量精度为=0.25 o，则 mr5.37 1024 103 6 8 m
6、ax cmr21.5 1024360 225.0103 6 10 图 1 原理结构图 1.2 红外线测距的基本结构 ATmega16 芯片内有 8 通道、具有 10 位精度的 A/D 转换模块，我们利用这种单片机设计了一个红外测 将测距转换成测电压，电压与距离成一定的关系 发射器 高 频 放 大 振荡器 接收器 高频带通滤波 放大器 接收器 高频带通滤波 高频放大器（可 混频器 低 通 滤 波 检波器 放大器 限幅器 相 敏 检 波 - 3 - 距系统。 该模块由红外发射电路、红外接收电路、ATmega16 芯片、键盘接口电路、报警电路及 LED 显示电路等 组成。其组成框图如图 2 所示： 图 2 功能框图 1.3 红外测距与超声测距的优缺点及应用 红外测距的优点：便宜、易制、安全、性能优良、易于推广；缺点方向性差、距离近。 应用：汽车防撞系统。 超声测距的优点：对色彩光照不敏感，能识别透明物体（玻璃、抛光体） 、对光线磁
