[發明專利]基于單片機的紅外測距系統

無效

• 申請號: 201410130252.6
• 申請日: 2014-04-02
• 公開（公告）號: CN103901437A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 周成華;于杰;江寧
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: G01S17/08
• 分類號: G01S17/08
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域

?本發明屬于光波測量技術領域，特別涉及一種基于單片機的紅外短距離測量技術。

背景技術

近些年來，測距技術得到了飛速發展，在生產、生活各方面的應用也越來越廣泛。先后出現了激光測距、微波雷達測距、超聲波測距以及紅外測距技術，其中激光測距是靠激光束照射在目標物體，通過反射光束探測距離。激光測距易受惡劣天氣影響、成本高且維護不便；微波雷達測距技術主要應用于軍事和某些工業開發采用的裝備，開發費用昂貴，應用的普遍性較差，難以大規模在民用市場開發；超聲波測距近些年得到了發展，但其需要采用特殊元件制作，制造成本也比較高；紅外測距技術，由于其易于實現，且特別適用于短距離目標測距，在短距離目標測距上有著優良的精度和準確度，構成測距系統的成本低廉，性能優良，便于民用推廣。

紅外線雖然波長比可見光波長要長，但它也是一種光，空氣中的傳播速度接近光速。傳統的紅外測距主要是利用發射光線與反射光線間的時間差來計算，對于單位m范圍內，發射光線與反射光線間的時間差達到ns級，這已經接近單片機處理的上限，從而成為影響測距精度的一個重要原因。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中存在的缺陷，提供一種基于單片機PIC16F877的紅外測距系統，它性能優良、穩定，抗干擾能力較好，可以實現測量范圍溢出報警，以及人機交互等功能。

本發明提出的一種基于PIC16F877單片機的紅外測距系統，該系統包括單片機PIC16F877，紅外測距雙模塊，閾值選擇器，數字控制選擇電路，數碼顯示管和報警器；所述的紅外測距雙模塊與PIC16F877單片機連接，PIC16F877單片機依次連接閾值選擇器、數字控制選擇電路和數碼顯示管，PIC16F877單片機同時連接報警器。

所述的單片機PIC16F877具有獨特的RISC（精簡指令集）結構，以及具有數據總線和指令總線分離的結構，使指令只有單字長的特性，且允許指令碼的位數可多于8位的數據位數，這與傳統的CISC結構的8為單片機相比，可以達到2:1的代碼壓縮，處理速度提高了4倍，對于需要迅速反應的測距系統而言，是非常不錯的選擇。PIC16F877屬于微型單片機，時鐘輸入為DC-20MHZ，指令周期為DC-200ns；擁有14個8K的FLASH程序存儲器，8個368byte的RAM數據存儲器，8個256byte的EEPROM數據存儲器。該單片機系統成熟穩定，完全滿足本系統的設計要求。

單片機PIC16F877是本發明的核心控制芯片，內置時鐘，通過發送時鐘信號，控制紅外測距傳感器的工作狀態，并實時、快速處理返回數據，并通過內部A/D轉換器，將處理的數據以數字形式輸出到數碼顯示管，作為顯示最終結果。

紅外測距雙模塊，工作電壓4.5V-5.5V，響應時間為38+10ms，平均電流消耗33mA。測量精度高，工作溫度為工業溫度范圍。所述的紅外測距雙模塊由GP2Y0A02YK0F和GP2D120XJ00F兩個不同量程的紅外傳感器在不同的量程范圍內工作，且閾值位于兩紅外測距傳感器量程的內部，減小了出現較大誤差的可能性；兩個紅外測距傳感器通過一個閾值比較器連接到一起，通過數字選擇電路控制，實現兩個紅外測距傳感器不同量程的對接。

GP2D120XJ00F為高度集成的高靈敏度紅外測距傳感器，它的響應時間為38+10ms，工作電壓4.5-5.5V，平均電流消耗33mA，測量距離范圍為4cm—30cm；

GP2Y0A02YK0F為大量程集成型紅外測距傳感器，測量距離為20cm—150cm。

閾值選擇器，用于對測量后輸出進行判決，當測量距離在25cm以上時，給出一個高電平；當測量距離在25cm以內時，給出一個低電平，為數字選擇控制電路提供一個控制輸入信號。

數字選擇控制電路采用2選1數據選擇器74LS157,它具有數據選擇輸入端S，使能端G，數據輸入端A、B，以及輸出端Y。當使能端G為高電平時，數據選擇器為禁止狀態，當使能端G為低電平時，投入工作；數據選擇輸入端S為低電平時，輸出Y為A端數據，當數據選擇輸入端S為高電平時，輸出Y為B端數據。

數碼顯示管采用4位并行顯示模塊，用0.56英寸共陽數碼管，ss8550三極管并行驅動，可直接與單片機相連，用于實時顯示測量距離，實現人機交互。

報警器受單片機控制，當測量距離超過量程4cm-150cm，報警器會發出報警提示。

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本發明的優點和有益效果