2023年红外测距总结报告.docx

红外测距总结报告 红外测距电路总结报告 学院：机电工程学院班级：学号：姓名：刘丰源 11电气1班12023020233139 本次实验是设计一个红外测距电路，它由软件和硬件两局部组成。软件局部包括信号产生、ad接收、数据处理、液晶显示；硬件局部包括发射模块和接收模块。此电路可以测较短的距离，精度在0~5mm之间。 关键词 stc8051单片机；红外测距； 一、方案设计 1、发射模块 采用用单片机产生一个1khz的信号经红外发射管发射这样设计既简单又方便，电路也更加简单。 2、接收模块放大电路： 采用5v电源供电，利用lm358芯片进行单电源放大。由于放大倍数在20到40倍之间，经过一级放大即可。 滤波电路： 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。 峰值检波电路： 根据要求的精度为5mm，最简单的峰值检波电路即可胜任，出于节约本钱的考虑，决定不用带运放的高精度检波电路，假设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转换电路： ad转换选用20232023芯片，它是并行传输的，占用的io口太多，但是软件编写非常简单。 单片机控制电路： ad转换的数字信号传入单片机，通过软件自动求出所测的距离，显示正确的距离。 二、电路分析 1.发射模块 由8051的定时器产生一个1khz的方波，用一个三极管驱动，将信号加载到红外发射管上。 2.接收模块电路设计 因为红外接收管接收到的信号只有一百毫伏左右，而且还有很多干扰，需要先放大再带通滤波，单片机只能接受数字信号，所以还需要通过峰值检波输出一个直流电压，经tlc1543芯片转换成数字信号输入单片机进行处理。 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40倍左右，倍数太大回出现波形失真，使测量的最短距离变小，倍数太小信号强度不够，那么能测量的最远距离会变小， 放大倍数b=r4/r3=40；关于有源二阶带通滤波器的设计： 令c=c3=c4，那么req=r5//r6=（r5xr6）/（r5+r6）品质因数q等于中心频率除以带宽 即q=fc/bw=1/2xr7/req 由上边的公式，取中心频率f=1khz，增益a=2，品质因数q=2023，那么令c=c3=c4=50nf，可以得到电阻值为r5=16k，r6=160，r7=64k;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20uf的电容和20230k的电阻以及1n4148构成最简单的峰值检波电路。 电路图及元件参数如下： 3.单片机控制模块 接收模块处理好的数据传入单片机，程序自动计算出此时的距离，再在1602液晶上显示。 三、软件分析 软件由4局部组成，信号产生模块、ad接收模块、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，由于输出信号是稳定的，而接收管接收到的信号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，我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，然后利用exelc将得到的数据汇成一条曲线，得到一个函数关系式，在程序中插入这个关系式，单片机得到一个信号，程序就会算出相应的距离，这样既简单又方便。处理好的数据直接传送到1602液晶屏显示即可。 四、调试和测试 调试中所用到的仪器设备主要有：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： 首先调试发射局部，直接用示波器测量单片机输出的信号，为1khz； 再调试接收局部的放大模块：先用函数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358芯片的1脚，输入信号为1khz，20230mv的正弦信号，用示波器测量1脚为1khz， 2.8v的正弦信号，放大倍数为28倍，由于有信号衰减，放大局部正常； 接下来调试带通滤波。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358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1.8khz，带通滤波器不正常。由于电阻自身的误差比较大，电容也有误差，再加上计算出来的电阻值没有刚好适宜的，取得是相近的电阻元件，所以照成了较大的误差，我再在c3，c4上分别并联了一个相同容量的电容，再次测量中心频率变为880hz，截止频率400hz，这次滤波器可以满足要求了。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。 最后我修改程序将输出信号改为880hz，接入红外发射和接收管，直接进行最终的整合调试，解决一些电路连接上的问题后，将电压再液晶上显示出来，用米尺画出一张标准距离图，测量出电压和距离之间的关系并做成表，最终填入程序中，再验证距离和长度的关系是否正确。整个红外测距电路到此结束。 五、心得总结 该电路设计简单，精度为5mm，但还可以进一步提高。虽然测量距离和超声波比起来短很多，但是精度高，适合短距离的高精度测量。但是当测量距离从近到远变化时，距离测量变化的灵敏度比较低，。需要一个更好的峰值检波电路才能提高响应速度。 六、参考文献和资料 1.郭天祥编著新概念51单片机c语言教程—入门、提高、开发、扩展全攻略2.tlc1543编程实例——百度文库3.运算放大器电路设计手册 4.有源带通滤波器的设计和计算5.单片机c语言程序设计 第5页 共5页