基于51单片机的手持式激光测距仪设计与实现通信技术专业.doc

目录 第一章 绪论 2 1.1 课题的背景和意义 2 1.2 国内外现况 3 1.3 本课题主要研究内容 4 1.最小的单芯片系统的硬件设计; 4 2.液晶屏的硬件设计; 4 3.警告声光报警电路; 4 4.硬件功能测试程序。 4 1.4 开发环境介绍 4 1) 开发环境 4 2) 运行环境 5 第二章 硬件介绍 6 2.1 STC89C52概述 6 图2-1 51单片机管脚图 6 1 主电源引脚 7 2 时钟源 7 3 控制,选通或复用 7 4 多功能I/O端口 7 2.2 keilC51的开发环境 8 2.2 Nokia/诺基亚5110 LCD 9 图2-2 Nokia5110显示屏 10 2.3 GP2Y0A02YK0F红外激光测距模块 10 1、距离测量范围： 20 to 150 cm 10 2. 信号输出类型：电压模拟信号 10 3. 包装尺寸：29.5×13×21.6 mm 10 4. 功耗： 标称值33 mA 10 5. 供电电压：4.5 to 5.5 V 10 6.精度和采集的AD位数以及转化计算公式相关，10AD一般能达到0.1CM 10 图2-3 测距原理 12 图2-4传感器数值曲线图 12 第三章 硬件系统介绍 13 3.1 红外激光测距的实现构想 13 3.2 结构框图 13 图3-1 结构框图 13 3.3 系统硬件结构电路图 14 图3-2 整体电路图 14 3.3.1 ISP电路 14 图3-3 下载与擦除电路 15 3.3.2 稳压电路 15 图3-4 稳压电路 15 3.3.3 显示模块Nokia5110lcd 15 图3-5 5110显示电路 16 3.3.4 键盘 16 图3-6 按键 17 3.3.5红外激光测距模块 17 图3-7 测距模块 17 3.3.6复位电路 17 图3-8 复位电路 18 3.3.7 时钟电路 18 图3-9 时钟电路 19 3.3.8蜂鸣器电路 19 图3-10 蜂鸣器电路 19 3.4测距原理与测距方法的选择 20 3 3.1相位激光测距 20 3.4.2脉冲法激光测距 20 3.4.3 激光三角法测距 21 3.4.4激光的选择 22 1. 采用红外激光的发光二级管，结构很简单，体积小，成本较低 23 2. 对红外的调制很简单，能够实现编码发射 23 3. 红外线不会通过阻碍物 23 4. 具有低耗能，反应快的特点 24 5. 具有极强的在干扰环境下工作的能力 24 6. 不会对环境造成污染，基本上对于人畜无害 24 第四章 软件系统设计 25 4.1 系统软件流程图 25 图4-1 软件流程图 25 4.2 部分代码 26 LCD部分 26 c -= 32; 27 x <<= 3; 27 y <<= 1; 27 第五章 实物制作与调试说明 31 5.1 材料的选择 31 5.2 电路板PCB的设计 31 5.3 印刷电路板的制作 32 5.4 单片机测试 32 5.5 电路调试 32 5.6 红外激光测距的调试 33 第六章 总结 33 第一章 绪论 1.1 课题的背景和意义 这个项目的需求是不用进行接触测量，开发出运行快速，准确度高，而且具有能够忍受强干扰，体积小，重量轻的激光测距仪。激光测距仪作为一种不用进行接触测量仪器已被广泛用在遥感探测，精密测量，建筑安全，安全防卫监控，智慧控制等领域，覆盖了各种技术学科。目前广泛使用的激光测距仪，主要用脉冲和相位式,还有激光三角法测距,三角测距的特点是简便、精度高,不用考虑接收发射时间。测量准确度受光学系统和CCD成像系统的限制,对接收器件要求高,同时不能测量透明物体。 激光有多种特性，方向性好，亮度高，单色性好，能够用来进行距离测量。基于编码发射的激光测距仪具有多种特点。尤其是在恶劣的室外环境条件下，利用激光测距不受天气因素的影响，不需要大气能见度，可以全天候观测，也不受地面反射和抗电磁干扰能力，在保密性上有着很大的优势。许许多多的行业需要这种测量仪器，所以具有很广阔的前景。毕业设计的目的是设计一种简单的手持式激光测距仪。采用了夏普GP2Y0A02YK0F测距传感器模块，采用三角测量方法。 1.2 国内外现况 国外许多大学，公司，研究机构进行了激光测距仪的研究。主要有芬兰的奥卢大学、美国的施瓦茨电光公司、埃克森公司等。施瓦茨电光公司为美国国家数据中心研制了无人自动激光海浪测量系统；为美国公路管理局研制了用来监控车辆的激光无人感应系统，从而提高了交通利用率；;还开发研制了军机坠毁激光报警系统。埃克森美孚开发用于海上石油开发的脉冲测距系统。 1992年亚特兰大激光公司为警方专门开发了手持式激光测距测速仪，用于车辆的距离和速度。 美国于1998年开发出了美国塔斯科测距能力800米相机类型LD激光测距仪。美国徕卡展出实用的小LD测距仪，测量距离0.2〜30米。自1995年以来，国际上对人眼安全的激光测距仪研制很快，已经进行了在波长范围800〜900nm的，峰值功率的10W，脉冲宽度为20〜50ns的，重复率1〜10kHz时，测量10米〜1公里非合作目标激光测距仪的研究。 在原有的固体气体激光测距仪基础上，在80年代开始研究。目前，基本技术已经被用于主要是为了解决工程问题，开发各种应用上。航天科工集团八三五八所研制出精度0.5m，测程200m，数据率100Hz的激光测距仪。中国计量学院的电子所通过与国外的同行合作，研制成功了一种测距达到1千米，精度达到一米，使用线性放大技术的方便携带的激光测距仪。国内公司也开展了研究，位于常州的来赛公司研制半导体激光测距仪，它的探测距离达到200m、测距的精度也达到0.5m。西南技术物理研究所还研究了激光高的表，它的工作范围2—800米，测量精度达到1m，使用工作波长为905nm，一秒钟内重复发射一百次。激光器波长范围是从375nm~1650nm。现在，在市场上有多种的手持激光测距仪器，有一种是半导体激光仪，它发射的激光频率大约是905nm和1540nm。还有一种是是GAY激光，它工作的波长为1064nm。现在，人们越来越追求设备的安全性和无害性，所以对身体有危害的1064nm的YAG激光目前在外国的便携激光测距中完全取消了。因为如果它不小心照到使用者的皮肤和眼睛的话，皮肤会受伤，尤其眼睛的伤害可能是一辈子的事。 1.3 本课题主要研究内容 利用红外激光传感器，以单片机为核心，开发设计手持红外激光测距仪，并进行调试。主要包括； 1.最小的单芯片系统的硬件设计; （1）在上电复位电路自动复位和手动复位。 （2）晶体振荡器电路与无源晶振电路。 （3）发光二极管电路。 2.液晶屏的硬件设计; （1）选择5110的LCD。 3.警告声光报警电路; （1）报警输出电路采用蜂鸣器进行报警。 4.硬件功能测试程序。 （1）对于每个模块进行调试。 （2）整体进行调试。 1.4 开发环境介绍 1) 开发环境 l Intel（R）Core TM(2) CPU T2379 1.73GHz l 2G内存 250G硬盘 l Microsoft® Windows™ XP Professional l Microsoft Visual C++ 6.0 中文版 2) 运行环境 l Intel® Pentium® 2及以上处理器，32M以上内存，4G以上硬盘 l Microsoft® Windows™ 9X/NT/2000/XP操作系统 l 800*600或以上的屏幕分辨率 第二章 硬件介绍 2.1 STC89C52概述 单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模技术吧具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM，只读存储器ROM，多种I/O口和中断系统，定时器计数器等功能（还包括显示驱动电路，模拟多路转换器，A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。 因为单片机也是重要的计算机分支领域，所以对其的分类也是十分重要的和必要的。而在将其分类时，我们可以根据单片机本身的发展情况和应用领域，粗略的将其分为如下几个类型：专用型，通用型，非总线型，总线型，工控型，家电型。具体各个类型的用途和发展情况就不一一的详述了。 想要实现系统功能，就必须完成单片机与电路或外部功能信息交流。这时就需要用到管脚将它们相连接达到通连的效果，同时我们也称管脚将单片机的外特性表现出来。科技的进步，单片机也更加注重体积和外观了，所以科学家想出了让很多引脚是双功能或多功能的。就现在的情况来说，51单片机的封装形式是多种多样，本设计就以40线双列直播式封装形式为例尽心详细介绍，如图2-1所示。 图2-1 51单片机管脚图 1 主电源引脚 VCC—40脚。正常运行和编程校验电源为+5V，有些产品可放宽至2.7~6.0V。 VSS—20脚。电路接地。 2 时钟源 XTAL1—19脚。一般外接晶振的引脚。当单片机直接采用外部振荡信号源接地电平。 XTAL2—18脚。外接晶振的另一引脚。当单片机直接采用外部振荡信号源则作为输入端口。 3 控制,选通或复用 RST/Vpd—9脚。作为单片机复位信号输入端口。 ALE/PROG—30脚。作为输出允许地址锁存信号的输出端口，当编程入写时也是编程脉冲的输入端。 PSEN—29脚。作为连接外部程序存储器的选通信号输出端口，输出低电平时有效。 EA/Vpp—31脚。作为连接外部或内部程序存储器的选通信号输入端口，输入低电平时有效。 4 多功能I/O端口 P0 口—32~39脚。8位漏极开路双向I/O口。 P1 口—1~8脚，具有内部上拉电路8位准双向I/O口。 P2 口—21~28脚，具有内部上拉电路8位准双向I/O口。 P3 口—10~17脚，具有内部上拉电路的准双向I/O口，实际是个特殊的第二变异功能端口。 51单片机就是通过外部封装的40条脚组合成各不相同的应用系统。 51单片机核心组成部分则如下： 主要是由算术逻辑单元，累加器和寄存器组成的运算器；由指令寄存器，时序发生器和操作控制器的程序计数器和由程序计数器，指令寄存器，时序发生器和操作控制器组成的控制器以及主要寄存器。 2.2 keilC51的开发环境 KeilC51是由某公司出产的是拥有完美的开发环境使用C语言进行51单片机编程的软件开发系统。由于是使用的C语言进行编程，相信更加容易被广大使用者接受，因为相比于汇编语言C语言有更加多的使用对象而且C语言更加容易可读和维护也是相当容易可以学习的。而且KeilC51的装备还是很精良的：C编译器，宏汇编，连接器和库管理以及最重要的仿真调试器。 KeilC51 安装的要求（1）Pentium 或相应兼容处理器PC；（2）Windows 95，98，NT4.0操作系统；（3）至少16MB RAM 和20MB 硬盘空间。 具体的安装步骤：第一步双击安装源文件，则出现Keil软件安装画面，安装画面提示在安装之前应当先关闭其他应用程序；第二步单机下一步按钮，出现版权对话框，选择同意选项；第三步单机下一步按钮，出现安装路径对话框，系统有默认的安装的路径，也可以选择其他的安装路径；第四步单机“NEXT”按钮，出现用户信息对话框，需要填写各项信息；第五步单击下一步按钮，进入正常安装界面，显示安装进度和安装文件信息；第六步安装好了之后系统会自动跳转到安装完成界面，最后点击“Finish”安装结束。 代码优化：在Keil配置中默认的配置可以进行简单的程序开发，许多配置会影响