红外测距仪总结报告.docx
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红外测距仪总结报告.docx
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红外测距仪总结报告
红外测距仪的制作
姓名班级日期
一、摘要(5%
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。
二、电路总体方案(5%
整个电路包括:
红外线发射、红外线发射、同向放大、带通滤波、检波、AD转
换、单片机显示和发出方波。
f((
红外线发射红外线接收同向放大
带通滤波单片机显
示和发出
方波AD转换检波
1红外线发射
发射红外线1khz的信号经红外发射管发射
2红外线接收
接收红外线将其强度的变化转化为交流信号幅度的变化
3同向放大
耦合滤除部分杂波,放大接收管的微弱交流信号
4二阶带通滤波器
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。
5检波
化交流信号幅度的变化为直流电压大小的变化并放大
6A/D
将直流电压变化转化为数字量以便单片机读取
7单片机
处理数字量并将结果显示在液晶屏上三、硬件设计(40%
1、红外收发管电路设计
1.1红外收发管原理
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,作为载波发射红外线。
在红外接收管子上加一反向电压时,有
光(无遮挡)时电流就增大,无光时几乎无电流通过。
用一个电阻分压,电流的变化则可转换为电压的变化,如果接电阻在二极管负极端(也就是靠近电源正极端),有光时电压下降。
1.2红外收发管外围电路和元件参数设计
红外发射管工作电流10至20mA±降1至1.4V,通过R2的调节改变测量范围。
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。
2.2放大器的元件参数设计
放大倍数Au=-R5/R4
GND
3、滤波器的设计
3.1滤波器的工作原理
二阶带通滤波器用来滤除杂波,并放大。
此次实验采用多路负反馈二阶有源带通滤波器,它使用单个通用运算放大器(通用运放)接成单电源供电模式,易于实现。
它的上限截止频率和下限截止频率可以非常近,具有非常很强的频率
选择性。
令C3=C4=CReq是R8和R9并联的值。
品质因数Q等于中心频率除以带宽,Q=fC/BW。
由式可以看出可以通过让R10的值远大于Req来获得大的Q值。
Q值越大,频率选择性越好,带宽越小。
反之则反。
3.2滤波器的元件参数设计
令中心频率为fc,则计算公式如下:
其中
Req-R}〃心二
借助网页在线计算工具,取中心频率1khz,带宽100hz左右增益2,电容值
10nf.得R8=80k,R9=800,R10=315k。
四、程序设计(35%
1、红外发射驱动程序
利用单片机的定时器0可以持续不断的产生1khz方波信号并输出(晶振
12MHz)
初始化
启动TO定时器
TMOD=0X10
进入中断
主程序
■
1
A
F
赋值TL1=0x0C;
TH1=0xFE;
・1
IO取反
2、测距程序(信号采集和距离计算等)
(1).信号采集:
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,多次取值,再取平均。
定义变量:
aver,ad,i,sum
从Pcf8591获得一个数据ad
NO
i++,sum+=ad
.If(i==256)
YES
aver=sum/256
(2).距离计算:
由于接收的信号并不是完全是线性变化,但是可以采用一定范围内的几个固定的公式得出较准确的距离,所以采用提前把正确的距离和信号强弱的关系先测量好,拟合成函数,这样测量时就可以通过函数快速得出距离。
处理好的数据直接传送到1602液晶屏显示即可。
e
aver=sum/256
Distance=F(aver)
1602显示Distance
五、测试方案与测试结果(15%
1、测试方案和仪器
下列数据中电压均由数字示波器(DS1102CA)测出,信号源为函数信号发
生器(GD1102)
1调试发射部分:
直接用示波器测量单片机输出的信号,为1khz;
2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7脚,输入信号为1khz,100mv的正弦信号。
3二阶带通滤波器:
测中心频率:
输入5Vpp偏移2.5V的信号,调节频率在1KHz左右变化,观察其输出电压幅值的变化,幅值最大时对应的频率即是其中心频率。
(记录最大幅值为Vppmax)
测通带宽度品质因数:
同样条件下调节频率找出Vpp=0.707Vppmax的两个
频率,他们的差即是通带宽度。
品质因数=通带宽度/中心频率。
4检波:
检波电路需要有平稳的电压输出,又要有对波峰电压整体下降的快速响应。
平稳的电压输出:
输入5Vpp偏移2.5V,1KHz的信号观察其输出电压幅值的变化。
对波峰电压整体下降的快速响应:
输入5Vpp偏移2.5V,5Hz的信号
观察其输出电压值的变化是否接近方波。
⑥总体:
移动反光屏,将所显示的数据与实际距离比较得出误差值
2、测试结果和分析
1调试发射部分:
红外发射正常。
2调试接收部分的放大模块:
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;
3二阶带通滤波器:
测得中心频率为996~998Hz两个截止频率分别是
947~952和1048~1052
4检波:
平稳的电压输出:
输入5Vpp偏移2.5V1KHz的信号观察其输出电压幅值的变化。
测得输出电压4.27V幅值20mV对波峰电压整体下降的快速响应:
输入5Vpp偏移2.5V,5Hz的信号观察其输出电压值的变化是否接近方波。
实际观察结果是基本是一方波。
⑤总体
实际
20cm
19cm
18cm
17cm
16cm
15cm
14cm
13cm
12cm
显示
20cm/
20.5
19cm
18cm
17.5c
m
16.5c
m
15.5c
m
14cm
13cm
12cm
11cm
10cm
11.5c
m
10cm
3、测试结论
基本完成实验的要求。
试验中每次做实验总会有偏差,受外界干扰较大
参考文献:
[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
[2].《红外线测距》来自训练班
附录:
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