基于单片机的红外测距设计

摘要
本次设计中运用了STC89C52是STC这一系列单片机种使用相对广泛的一款产品，同时自动控制领域中还享有着非常高的价值，因为它的易用性与多功能性从而受到很多电子爱好者的喜爱，红外传感器广泛使用的原因还因为不管是运用在复杂还是相对较好的环境中都有相当好的表现。
它的制作简单，轻便和成本低的优势都使它成为在各个领域普遍的一种代替人体完成工作的相当好的替代品和超声波比较，他的技术难度较低，成本也低，最重要的是，在近距离测量上他比超声波的测距精度更高，更加适合于民用推广，红外测距有较强的抗干扰能力，重量轻、体积小等特点，具有精度高和分辨率高的优点，所以市场空间需求量大，应用于很多领域。
此次设计主要是使用了STC89C52单片机与红外传感器实现的测距达到预设值报警系统的制作，以STC89C52其作为主控的芯片，同时用红外对其距离来检测，使其能将至前方的物体距离探测出来，经过单片机处理与运算，使其与设定好报警的距离值进行比对判断，如测得的距离小于设定值的时候，STC89C52就会发出指令使控制蜂鸣器报警。

关键词：红外传感器; STC89C52; 控制蜂鸣器

Abstract
In this design, STC89C52 is used by STC.A wide range of products, at the same time, has a very high value in the field of automatic control, becauseIts usability and versatile are loved by many electronic fans, infrared sensors.
The reason for widespread use is also whether it is used in complex or relatively good environments.It's a pretty good performance.Its simple production, light and low cost advantages make it a fairly good substitute for the human body to complete the work in every field and compare with the ultrasonic. His technical difficulty is low, and the cost is low. Most importantly, in the near distance measurement, he is more accurate than the ultrasonic wave, and is more suitable for the distance measurement. With the advantages of high precision and high resolution, the infrared range finder has the advantages of high anti-interference ability, light weight, small volume and so on. So the demand of the market space is large, and it is applied in many fields.
This design mainly uses the STC89C52 single chip computer and infrared sensor to reach the preset alarm system. STC89C52 is used as the main control chip, and the distance is detected by infrared, so that it can detect the distance to the object ahead, through the SCM processing and operation, so that it is set and set good. The distance of the alarm is compared and judged. If the measured distance is less than the set value, STC89C52 will issue an instruction to control the buzzer to alarm.

Key words: Infrared sensor; STC89C52;Buzzer

目录
1绪论
1.1 项目研究背景及意义
1.2 国内外现状
1.3主要要研究内容
2.总体方案设计及论证
2.1方案设计
2.2系统选型
2.3系统工作原理
3.硬件设计及单元电路设计
3.1.主控制模块
3.2电源设计
3.3 A/D转换模块
3.4时钟电路的设计
3.5复位电路设计
3.6发光二极管报警电路的设计
3.7显示模块
4.软件设计
4.1 主程序工作流程图
4.2红外测距流程
4.3显示程序
5.实验及结果分析
5.1仿真环境介绍
6.总结
参考文献
致谢
附录
1绪论
1.1 项目研究背景及意义
红外线是不可见的光，是电磁波的一种形式，可以用来进行距离的测量，其应用历史可以追溯到上世纪60年代。现代科学技术的发展进入了许多新领域，而在测距方面先后出现了激光测距、微波雷达测距、超声波测距及红外线测距。其中激光测距是靠激光束照射在物体上反射回来的激光束探测物体的距离。由于受恶劣的天气、污染等因素影响，使反射的激光束在一定功率上探测距离比可能探测的最大距离减少一半左右，损失很大，影响探测的精确度；微波雷达测距技术为军事和某些工业开发采用的装备和振荡器等电路部分价格昂贵，现在还没有开拓民用市场；超声波测距在国内外已有很多人做过研究，由于采用特殊专用组件使其价格高，难以推广；红外线作为一种特殊光波，具有光波的基本物理传输特性—反射、折射、散射等，且由于其技术难度相对不太大，构成的测距系统的成本低廉，性能优良，便于民用推广。另外红外测距的应用越来越普遍。在很多领域都可以用到红外测距仪。红外测距一般具有精确度和分辨率高、抗干扰能力强、体积小、重量轻等优点，因而应用领域广、行业需求众多，市场需求空间大[1]。
红外测距的研究就非常有意义。红外线测距仪指的就是激光红外线测距仪红外测距仪----用调制的红外光进行精密测距的仪器，测程一般为1-5公里。在100米以内则超声波测距更有优势,但是超声波测距的距离一般无法测量1米以内,而红外测距则可以测出这一段距离,而且有着不错的精度,在本课题中研究的就是这一类情况的红外线测距。
1.2 国内外现状
目前单片机控制技术和超声波快速发展，非接触式检测技术在很多领域得到应用。目前，非接触式测距方法有雷达测距，激光测距，超声波测距。雷达测距可以24小时全天运作，适应于任何恶劣环境中的短距离测距和高精度测距的优势，但同时也异常容易受到电磁波的干扰。激光测距具有高方向性，测量速度快等优势，对云雾有一定的穿透力，抗干扰能力强，但其成本高，数据处理复杂。超声波测距作为一种典型的非接触测量方法，在很多场合得到广泛的应用，其作为一种声波，传播速度快，所以在国外被用于测量距离，然而在实际应用中超声波测距表现出很多局限性，这对超声波测距的精度有很大影响。例如超声波在环境温度，风速等条件下，会对测量结果影响较大。
红外线它是一种电磁波，也被称为红外光或者红外辐射，波长在可见光和微波之间的一种不可见光。可见光具有一切特性，红外光也都具有，即红外光也是按直线前进，有干涉、衍射和偏振等现象，同时也服从反射定律和折射定律。它还包括微波的一些特性，比如穿透不透明的物体。和超声波比较，他的技术难度较低，成本也低，最重要的是，在近距离测量上他比超声波的测距精度更高，更加适合于民用推广，红外测距有较强的抗干扰能力，重量轻、体积小等特点，具有精度高和分辨率高的优点，所以市场空间需求量大，应用于很多领域。
红外技术在农业，医学，军事等很多领域都有广泛的应用。红外技术应用在军事上的有搜索跟踪系统、热成像系统、警戒系统等；应用在医学上的有辅助治疗和红外诊断；应用在农业生产中的有红外烘干和温度探测等；应用在日常生活中的是红外取暖、红外录像等。随着红外传感技术的发展，它已经发展成为一门综合性学科。
国外研究动态:
红外线是研究太阳光谱的热量分布时发现的。1800年英国物理学家威·何谢尔用灵敏的温度计在可见光谱红外以外的地方，发现有显著的热作用存在，后来用特殊的感光底片拍摄光谱，证实在红外区域外侧的确有谱线存在。在二战时期，德国人尝试把红外变像管作为光电转换器使用，从而发明了夜视仪，并且能够运用红外进行通信，德国人的红外技术发明开启了研究的新大门。
不久之后，美国开始把红外技术应用于军事即红外巡视系统。它是利用温度自动记录来达到红外成像。1960年，瑞典科学家成功研发了第二代红外成像装置，它把美国红外巡视系统优化，可以同时进行测温，被叫做红外热像仪[2]。
Yang M提出了反馈控制的红外接近系统。因为使用双红外接收器，表面发射特性对测量距离精度的影响力被逐渐降低，测量精度在一个相当长的距离大大提高。
在国外，最新的红外测距仪其内部置微处理机，可以自动控制其测距过程并且对数据进行处理，这一发明让红外测距仪步入智能化的大门。有的仪器对测距的操作可以通过小型的遥控键盘进行控制，如日本尼康的ND,NTD系列仪器均具有这种特殊的功能，由于其利用红外线遥控系统，对需要进行的命令编码，将这些编码产生的指令脉冲列传送出去，不同的指令脉冲列对应不同的程序命令。进行控制红外线发射器，使他形成不同的指令脉冲，然后传达出去，在仪器接收到之后，仪器会把信号放大并还原，这样就能把指令编码重新显现出来。微处理器进行翻译编码，自动处理，输出相应的控制信号使得仪器完成相应的指令，达到自动化的效果。
W.jeffiery等人在1994年提出了单目双波段测距方案，主要用于对助推段战区导弹进行被动测距。在1998~1999年期间，美国KTAADN公司和弹道导弹防御机构一起进行了实验验证。但是其是用范围很小，比如只用于助推阶段的导弹，但其实结果表明，这种方法进行测距的相对误差很小，具有很好的效果。
国内研究动态:
在国内，红外作为一种高科技技术，和激光有着同等重要的地位，并且广泛用于军事。红外成像，红外跟踪和红外对抗等都是不可小觑的战争优势。20世纪70年代后，红外技术从军事逐渐走向平民，红外测温，红外理疗，以及红外防伪都在各个行业中普及起来。广泛应用于工业，农业，医学，交通等各个行业的有红外加热和烘干技术。
冯国强等人提出了单站双波段红外线被动测距的算法研究，通过空中目标的红外辐射传输是由于被大气和大气中的气溶胶吸收以及产生散射，使得红外探测系统接收的辐射信号有所差异。研究发现目标的辐射强度准确值难以获取，为了改进测距算法，推导了不含目标辐射强度的距离新算法，对距离估算进行简化。
杨桂德等人提出了基于单站双波段红外图像的面目标被动测距的研究，将红外成像系统分为与目标距离和探测器有关的两个阶段，首先推导面目标的副亮度表达式，然后求得了红外图像灰度与目标辐亮度的关系式，最后推导出了面目标表达式。通过飞机和渔船目标数据进行测距算法的验证，分析了测距的误差。
李程华等研究了机动平台双站红外测距方法，他们运用了机动平台双站红外测距机理，从而发现了一种新的测距方法，在应用之前，对影响该测距算法测距精度的各种问题进行研究，对此进行仿真分析，同时也研究了双站间距，探测得到了方位角度以及测距精度之间的关系。
王东等主要对红外侦查告警系统被动测距原理做出详细介绍，并且对于双战被动测距方法的缺陷，研究了三站被动测距方法。同时紧密联系实际应用需求，对测量精度的影响因素进行探讨，并且对算法进行定位精度误差分析。模拟测试结果表明，从根本上弱化了传统测距受方位角因素所限制的应用范围。
黄浩等根据双波段红外辨识小目标的功能，从而研究出目标红外辐射度与探测距离存在的问题。红外辐射结合双波段红外目标辨识的能力，实现了对空间小目标的仿真模拟，从而绘制出空间目标在中波段红外（3~5um）和长波段红外（8~12um）上的仿真图像，实现了小目标的快速识别，为其提供了可靠性的性能参数。
综上所述，根据应用场景不同，测量距离的方法也有所不同，由于红外测量技术难度相对不大，构成的测距系统成本低。红外技术可以近距离测量，具有较强的抗干扰能力、体积小、重量轻等优点，并且精确度和分辨率高。
1.3主要要研究内容
从60年代中叶起，红外探测器和系统的发展体现了红外技术的现状及发展方向。
1、红外探测器最早是用单元探测器，但是为了提高灵敏度和分辨率，后来发展为多元线列探测器。多元线列探测器先后扫过(串扫)同一目标时，它输出的信噪比可比单元探测器高n（开平方）倍，n为元数。如果多元线列探测器平行扫过(平扫)目标时，则可获得目标辐射的一维分布。以线列探测器为基础的红外探测系统，一般都安装在飞机或卫星遥感平台上，平台的前进运动垂直于线列作为第二维时，就可得到目标辐射的分布图像。现在，红外探测器已从多元发展到焦平面阵列，相应的系统已实现了从点探测到目标热成像的飞跃。目前，长波碲镉汞(HgCdTe)探测器面阵已达640×480元，焦平面阵列探测器的实验室水平已达256×256元，预计到2000年可达到百万元。
2、红外探测器的工作波段从近红外扩展到远红外。早期的红外探测器通常工作在近红外。随着红外技术的发展，红外探测器的工作波段已扩展到中红外和远红外。
3、轻小型化。非致冷、集成式、大面阵是红外探测器方向的发展。采用低温制冷技术，是为了提高红外探测器件的灵敏度和输出信号的信噪比，使其具有良好的性能，但这样也使红外探测器体积大、成本高。为了实现小型化，必须减少制冷设备和相关电源，因此，高效小型制冷器和无需制冷的红外探测器将是今后的发展方向。利用材料电子计算机和微电子方面的最新技术，也可使红外探测器与具有一定数据处理能力的数据处理设备相结合，使其向轻集成化、大面阵、焦平面化方向发展，以提高其性能。
4、红外探测系统从单波段向多波段发展。在大气环境中，目标的红外辐射只能在1～3、3～5和8～13微米三个大气窗口内有效传输。如果一个红外探测系统能在两个或多个波段上获取目标信息，那么这个系统自然就可更精确、更可靠地获取更多的目标信息，提高对目标的探测效果，降低预警系统的虚警概率，提高系统的搜索和跟踪性能，适用更多的应用需求[2]。
在红外技术的发展中，需要特别指出的是：60年代激光的出现，这极大地影响了红外技术的发展，很多重要的激光器件都在红外波段，其相干性便于移用电子技术中的外差接收技术，使雷达和通信都可以在红外波段实现，并可获得更高的分辨率和更大的信息容量。在此之前，红外技术仅仅能探测非相干红外辐射，外差接收技术用于红外探测，使探测性能比功率探测高好几个数量级。另外，由于这类应用的需要，促使出现新的探测器件和新的辐射传输方式，推动红外技术向更先进的方向发展。

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