红外测距仪总结报告_红外测距电路总结报告

2020-02-27 其他工作总结下载本文

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红外测距仪总结报告

一、摘要：

本次设计任务是设计一个红外测距电路，它由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括发射模块和接收模块，先由stc8051单片机产生一个1khz的信号，经红外发射管发射，碰到障碍物后返回，接收管接收到信号通过放大、滤波、峰值检波、AD转换后传回单片机，单片机即可通过判断接收电压的大小来确定距离。软件部分包括信号产生、AD接收、数据处理、液晶显示。

关键词： STC8051 红外测距

二、电路总体方案：

1、发射部分：用单片机产生一个1khz的信号经红外发射管发射。因为用单片机产生信号方便控制盒调节，电路也更加简单。

2、接收部分：采用±5v双电源供电，利用LM358芯片进行双电源放大，因放大倍数在20至40倍之间即可，所以只需经过一级放大。

滤波部分：由于经过放大以后的信号还有很多杂波，而我们需要的是接收到的1khz的信号，一般的滤波器很难解决干扰问题，所以直接选用有源二阶带通滤波器。

峰值检波部分：

根据要求的精度为5mm，最简单的峰值检波电路即可胜任，出于节约成本的考虑，决定不用带运放的高精度检波电路，假如还要进一步提升测量精度，就需要选用更好的峰值检波电路。

AD转换部分：由于所买单片机缺少AD转换模块，另购带PCF8591芯片的AD转换模块外接到单片机与电路板之间来实现AD转换。简化了软件编程中繁杂的IO口编程。

单片机控制部分： AD转换的数字信号传入单片机，通过软件采用查表发进行处理，得出正确的距离。

三、硬件设计：

1.红外发射管电路设计：

1.1 红外发射管原理

由STC8051的定时器产生一个1KHZ的方波，用

一个三极管驱动，将信号传送到红外发射管上。

1.2 红外发射管外围电路和元件参数设计

注：通过R3的调节改变测量范围。

1.3红外接收管电路设计：

红外接收管接受的信号只有一百毫伏左右，而

且还有很多干扰，需要先放大在带通滤波，单片机只能接受信号，所以

还需要通过峰值检波输出一个直流电压，经pcf8591 芯片转换成数字信

号输入单片机进行处理。

2.放大器的设计

2.1放大器的工作原理：

考虑到题目测量范围和接收到的信号大小，选取放大倍数为30倍左右，倍数太大会出现波形失真，是测量范围的最短距离变小，倍数太小信号强度不够，则能测量的最远距离会变小，放大倍数：

B=Rf / Rb =30；

3.关于有源二阶带通滤波器的设计：

则令C = C3 = C4，则 Rep = R5 / / R6 =(R5 * R6)/(R5 + R6)

品质因素Q等于中心频率除以带宽

即 Q = fc / BW = 1/2*（R7 / Rep)½

由上边的公式，去中心频率 f = 1 khz ,增资A = 5，品质因素 Q=8，则令C = C3 = C4 =104，可以得到电阻值为R5=2.5 K,R6=100，R7=25K;

4.关于峰值检波电路的设计：

考虑到电容值越大检波效果越好，但是放电速度越慢，经过测试，选取了200uf的电容和100k的电阻以及LM358构成最简单的峰值检波电路。

5.电路图如下：

注： 1.R4的电阻大小可改变测量精度；

2.整流电路中R8的大小决定最后测量结果精度；

3.前两个放大器用TL082，后一个选用LM358；

四．程序设计:

软件由4个部分组成，信号产生模块，AD接受模块，数据处理模块和LCD显示模块，利用单片机的定时器0可以持续不断的产生1khz信号并输出，由于输出信号时稳定的，而接收管接收的信号时随着障碍物距离的变远而变小，所以我们可以通过检测信号的强弱来判断距离，但是接收的信号并不是完全是线性变化，采用一个或者几个固定的公式并不能得出准确的距离，所以采用提前把正确的距离和信号强弱的关系先测量好，建成一张信号距离表，这样测量时就可以查表快速得出距离。精度也方便控制。处理好的数据直接传送到1502液晶屏显示即可。

流程图如下：

五．测试方案：

本次测试所用到的仪器设备主要有：示波器，函数信号发生仪，稳压电源，数字万用表。

调试过程如下：

调试发射部分，直接用示波器测量单片机输出的信号，为1khz；

调试接收部分的放大模块：先用函数信号发生仪模拟一个接收信号，把放大电路和滤波电路断开，测量TL082芯片的1脚，输入信号为1khz，00mv的正弦信号，用示波器测量1脚为1khz，2.9v的正弦信号，放大倍

数为29倍，由于有信号的衰减，放大部分正常；

调试带通滤波：把放大电路和滤波电路连好，输入函数发生仪产生的模拟信号，测量TL082芯片的7脚，得到一个稳定的正弦波，通过调节输入信号的频率，测得带通滤波器的中心频率为1khz，满足要求。然后接着测量整个电路的输出端，示波器打到直流档，调节信号强弱，发现检波电路工作良好。

最后，接入红外发射管与接收管，直接进行最终整调试，适当改变了R3与R4的电阻大小，再将电压在液晶上显示出来，用米尺画出一张标准的距离图，测量距离图上每隔5mm所对应的电压记录并做成表格最终填入程序中，并多次验证距离和长度的关系是否正确。并做多次修正。

六、参考文献和资料:

1.《新概念51单片机c语言教程——入门、提高、开发、扩展全攻略》

——郭天祥著