1、紅外測距傳感器的原理與設計最終版 紅外測距傳感器的原理與設計摘要現(xiàn)代科學技術的發(fā)展進入了許多新領域一緒論111 設計背景112 紅外線簡介113 紅外線傳感器概述2com 紅外線傳感器系統(tǒng)介紹2com 紅外線傳感器的分類3com 紅外線傳感器的應用6二紅外測距的方法和原理721 幾種紅外測距原理及選擇7com 相位測距原理7com psd測距原理9com 帶運動機構的雙象比較法原理9com 時間差測距法原理9com 反射能量法原理9com 紅外測距原理的選擇922 紅外測距系統(tǒng)的工作原理9三紅外測距的基本結構及系統(tǒng)框圖1131紅外測距的過程1132 紅外測距系統(tǒng)框圖1133 主要元件分析12c

2、om 紅外線發(fā)射器件12com光敏二極管13四紅外測距硬件電路設計1441 單片機最小系統(tǒng)1442 紅外發(fā)射電路設計1643 紅外接收放大電路設計1744 電源電路1945 數(shù)碼管顯示電路21五軟件模塊設計2351 程序設計步驟2352 軟件設計框圖2353 紅外測距ad轉換程序24六測量精度分析26參考文獻27附 錄28致 謝29一緒論11 設計背景在基礎學科研究中傳感器具有突出的地位現(xiàn)代科學技術的發(fā)展進入了許多新領域而在測距方面先后出現(xiàn)了激光測距微波雷達測距超聲波測距及紅外線測距其中激光測距是靠激光束照射在物體上反射回來的激光束探測物體的距離由于受惡劣的天氣污染等因素影響使反射的激光束在一

3、定功率上探測距離比可能探測的最大距離減少一半左右損失很大影響探測的精確度微波雷達測距技術為軍事和某些工業(yè)開發(fā)采用的裝備和振蕩器等電路部分價格昂貴現(xiàn)在幾乎還沒有開拓民用市場超聲波測距在國內外已有人做過研究由于采用特殊專用元件使其價格高難以推廣紅外線作為一種特殊的光波具有光波的基本物理傳輸特性反射折射散射等且由于其技術難度相對不太大構成的測距系統(tǒng)成本低廉性能優(yōu)良便于民用推廣紅外線測距傳感器有它的幾個特點遠距離測量在無反光板和反射率低的情況下能測量較遠的距離有同步輸入端可多個傳感器同步測量 測量范圍廣響應時間短 外形設計緊湊易于安裝便于操作所以它的應用價值比較高另外紅外測距的應用越來越普遍在很多領域

4、都可以用到紅外測距儀紅外測距一般具有精確度和分辨率高抗干擾能力強體積小重量輕等優(yōu)點因而應用領域廣行業(yè)需求眾多市場需求空間大當前紅外測距儀的發(fā)展趨勢是向測量更安全測量精度高系統(tǒng)能耗小體積小型化方向發(fā)展12 紅外線簡介近二十年來紅外輻射技術已成為一門迅速發(fā)展的新興技術科學它已廣泛應用于生產科研軍事醫(yī)學等各個領域紅外輻射技術是發(fā)展測量技術遙感技術和空間科學技術的重要手段紅外輻射俗稱紅外線又稱紅外光它是一種人眼看不見的光線但實際上它和其他任何光線一樣也是一種客觀存在的物質任何物質只要它的濕度高于絕對零度就有紅外線向周圍空間輻射它的波長介于可見光和微波之間它的波長范圍大致在075m-1000m的頻譜范圍

5、之內紅外線與可見光紫外線x射線y射線和微波無線電波一起構成了整個無線連續(xù)的電磁波譜在紅外技術中一般將紅外輻射分為四個區(qū)域即近紅外區(qū)中紅外區(qū)遠紅外區(qū)和極遠紅外區(qū)它已在科技國防和工農業(yè)生產等領域獲得廣泛的應用13 紅外線傳感器概述com 紅外線傳感器系統(tǒng)介紹1待測目標根據(jù)待側目標的紅外輻射特性可進行紅外系統(tǒng)的設定 大氣衰減待測目標的紅外輻射通過地球大氣層時由于氣體分子和各種氣體以及各種溶膠粒的散射和吸收將使得紅外源發(fā)出的紅外輻射發(fā)生衰減 光學接收器它接收目標的部分紅外輻射并傳輸給紅外傳感器相當于雷達天線常用是物鏡 輻射調制器對來自待測目標的輻射調制成交變的輻射光提供目標方位信息并可濾除大面積的干擾

6、信號又稱調制盤斬波器它具有多種結構 紅外探測器這是紅外系統(tǒng)的核心它是利用紅外輻射與物質相互作用所呈現(xiàn)出來的物理效應探測紅外輻射的傳感器多數(shù)情況下是利用這種相互作用所呈現(xiàn)出的電學效應此類探測器可分為光子探測器和熱敏感探測器兩大類型 探測器制冷器由于某些探測器必須要在低溫下工作所以相應的系統(tǒng)必須有制冷設備經過制冷設備可以縮短響應時間提高探測靈敏度 信號處理系統(tǒng)將探測的信號進行放大濾波并從這些信號中提取出信息然后將此類信息轉化成為所需要的格式最后輸送到控制設備或者顯示器中 顯示設備這是紅外設備的終端設備常用的顯示器有示波器顯像管紅外感光材料指示儀器和記錄儀等 依照上面的流程紅外系統(tǒng)就可以成相應的物理

7、量完的測量紅外系統(tǒng)的核心是紅外探測器按照探測的機理的不同可以分為熱探測器和光子探測器兩大類下面以熱探測器為例子來分析探測器的原理 熱探測器是利用輻射熱效應使探測元件接收到輻射能后引起溫度升高進而使探測器依賴于溫度發(fā)生變化的性能檢測其中某一性能的變化便可探測出輻射多數(shù)情況下是通過熱電變化來探測輻射的當元件接收輻射引起非電量的物理變化時可以通過適當?shù)淖儞Q后測量相應的電量變化歐姆龍公司生產的漫反射式和對射式光電傳感器這兩種傳感器主要用于事件檢測和物體定位紅外傳感器已經在現(xiàn)代化的生產實踐中發(fā)揮著它的巨大作用隨著探測設備和其他部分的技術的提高紅外傳感器能夠擁有更多的性能和更好的靈敏度10hz以下 c 萊

8、氣動型傳感器高萊氣動型傳感器是利用氣體吸收紅外輻射后溫度升高體積增大的特性來反映紅外輻射的強弱它有一個氣室以一個小管道與一塊柔性薄片相連薄片的背向管道一面是反射鏡氣室的前面附有吸收模它是低熱容量的薄膜紅外輻射通過窗口入射到吸收模上吸收模將吸收的熱能傳給氣體使氣體溫度升高氣壓增大從而使柔鏡移動在室的另一邊一束可見光通過柵狀光欄聚焦在柔鏡上經柔鏡反射回來的柵狀圖像又經過柵狀光欄投射到光電管上當柔鏡因壓力變化而移動時柵狀圖像與柵狀光欄發(fā)生相對位移使落到光電管上的光量發(fā)生改變光電管的輸出信號也發(fā)生變化這個變化量就反映出入射紅外輻射的強弱這種傳感器的特點是靈敏度高性能穩(wěn)定但響應時間性長結構復雜強度較差只

9、適合于實驗室內使用 d 熱釋電型傳感器熱釋電型傳感器是一種具有極化現(xiàn)象的熱晶體或稱鐵電體鐵電體的極化強度單位面積上的電荷與溫度有關當紅外線輻射照射到已經極化的鐵電體薄片表面上時引起薄片溫度升高使其極化強度降低表面電荷減少這相當于釋放一部分電荷所以叫做熱釋電型傳感器如果將負載電阻與鐵電體薄片相連則負載電阻上便產生一個電信號輸出輸出信號的大小取決于薄片溫度變化的快慢從而反映入射的紅外輻射的強弱由此可見熱釋電型紅外傳感器的電壓響應率正比于入射輻射變化的速率當恒定的紅外輻射照射在熱釋電傳感器上時傳感器沒有電信號輸出只有鐵電體溫度處于變化過程中才有電信號輸出所以必須對紅外輻射進行調制或稱斬光使恒定的輻射

10、變成交變輻射不斷的引起傳感器的溫度變化才能導致熱釋電產生并輸出交變的信號 2 光子傳感器光子傳感器是利用某些半導體材料在入射光的照射下產生光子效應使材料電學性質發(fā)生變化通過測量電學性質的變化可以知道紅外輻射的強弱利用光子效應所制成的紅外傳感器統(tǒng)稱光子傳感器光子傳感器的主要特點靈敏度高響應速度快具有較高的響應頻率但其一般須在低溫下工作探測波段較窄按照光子傳感器的工作原理一般可分為內光電和外光電傳感器兩種后者又分為光電導傳感器光生伏特傳感器和光磁電傳感器等三種 a 外光電傳感器當光輻射在某些材料的表面上時若入射光的光子能量足夠大時就能使材料的電子逸出表面這種現(xiàn)象叫外光電效應或光電子發(fā)射效應光電二極

11、管光電倍增管等便屬于這種類型的電子傳感器它的響應速度比較快一般只需幾個毫微秒但電子逸出需要較大的光子能量只適宜于近紅外輻射或可見光范圍內使用 b 光電導傳感器當紅外輻射照射在某些半導體材料表面上時半導體材料中有些電子和空穴可以從原來不導電的束縛狀態(tài)變?yōu)槟軐щ姷淖杂蔂顟B(tài)使半導體的導電率增加這種現(xiàn)象叫光電導現(xiàn)象利用光電導現(xiàn)象制成的傳感器稱為光導傳感器如硫化鉛硒化鉛銻化銦碲隔汞等材料都可制光電導傳感器使用光電導傳感器時需要制冷和加一定的偏壓否則會使響應率降低噪聲大響應波段窄以致使紅外線傳感器損壞 c 光生伏特傳感器當紅外輻射照射在某些半導體材料的pn結上時在結內電場的作用下自由電子移向n區(qū)如果pn結

12、開路則在pn結兩端便產生一個附加電勢稱為光生電動勢利用這個效應制成的傳感器或pn結傳感器常用的材料為砷化銦銻化銦碲化汞碲錫鉛等幾種 d 光磁電傳感器當紅外輻射照射在某些半導體材料表面上時半導體材料中有些電子和空穴將向內部擴散在擴散中若受強磁場的作用電子與空穴則各偏向一方因而產生開路電壓這種現(xiàn)象稱為光磁電效應利用此效應制成的紅外傳感器叫做光磁電傳感器光磁電傳感器不需致冷響應波段可達7m左右時間常數(shù)小響應速度快不用加偏壓內阻極低噪聲小有良好的穩(wěn)定性和可靠性但其靈敏度低低噪聲前置放大器制作困難因而影響了使用 com 紅外線傳感器的應用紅外傳感器的應用主要體現(xiàn)在以下幾個方面1紅外輻射計用于輻射和光譜輻

13、射測量2搜索和跟蹤系統(tǒng)用于搜索和跟蹤紅外目標確定其空間位置并對其運動進行跟蹤3熱成像系統(tǒng)能形成整個目標的紅外輻射分布圖像4紅外測距系統(tǒng)實現(xiàn)物體間距離的測量利用的是紅外線傳播時的不擴散原理因為紅外線在穿越其它物質時折射率很小所以長距離的測距儀都會考慮紅外線5通訊系統(tǒng)紅外線通信作為無線通信的一種方式6混合系統(tǒng)是指以上各類系統(tǒng)中的兩個活多個組合二紅外測距的方法和原理21 幾種紅外測距原理及選擇com 相位測距原理由主控振蕩器 即主振 產生的調制信號頻率f 經放大后加到ga as發(fā)光管經電流調制出射紅外調制光從發(fā)射光學系統(tǒng)出射射向鏡站的反光鏡 經反射后回光被接收光學系統(tǒng)所接收到達硅光敏二極管 經過光電

14、轉換得到高頻的測距信號為了提高相位測量的精度和儀器的穩(wěn)定性機內又設置了本機振蕩器 本振 其頻率為 2-1 為幾個千赫的中頻 利用差頻原理將高頻測距信號與本振信號同時輸入到混頻 i獲得中頻的測距信號e但它保留著在測線上往返所形成的相位差與此同時在混頻i i中本振與主振信號不經測線直接在機內會合從而可以得到用于比相的中頻基準信號 參考信號 e兩者經過選頻放大和整形后輸入到檢相器比相得到相位差最后通過運算和顯示系統(tǒng)直接給出所測的距離值由于受到機內光學和電子線路附加相移的影響事實上對測線上往返的光波所測得的結果既包含了2s距離上的相位差又有機內附加相移的部分即 2-2相位式紅外光電測距通常由砷化鎵發(fā)光

15、二極管為載波源中心波長一般在072-094 m發(fā)出的紅外線強度隨注入的電信號強弱而變化通過測量連續(xù)的調制光波在待測距離上往返后產生的相位移動量來間接測定調制波傳播的時間t從而求得被測距離d由a點測距儀發(fā)出連續(xù)的頻率固定的調制信號 一般是調幅信號 沿著待測距離傳播到b點由b點的反射棱鏡再返回到a點則下圖中所示的相位移即代表調制波往返傳播的距離2 d圖1 調制波往返的傳播距離由圖1 2-3即 2-4式中2為一個周期的相位變化n為相位移中的2的整周期數(shù)為不足整周期相位移的尾數(shù)為不足整周期的比例數(shù)為調制波長由物理學可知其中c為調制波的傳播速度f為調制波頻率 因為 c和f為已知故式2-4中的是已知的單位

16、長度可把它稱為電尺從上式可知相位式測距的一般原理可相當于用這樣的電尺代替鋼尺量距被測距離就等于整尺段和余尺段 之和式2-4中為已知而n由儀器測得但仍有兩個未知數(shù)d和n因此用一個測尺頻率測距耐便出現(xiàn)多值解要解決這個問題從原理上講似乎只要把電尺長度選擇得大于被測距離d則式2-4變?yōu)閺亩勺兌嘀到鉃槲ㄒ唤饬诉@顯然是不可能的一是電尺不能過于長二是一定測相精度下電尺越長其誤差越大測距精度明顯降低com psd測距原理利用三角測距原理用一種稱之為位置敏感器件 position sensitive device 的psd元件來獲得二路輸出信號 根據(jù)這二路信號來獲得物體的距離量值com 帶運動機構的雙象比較法

17、原理系統(tǒng)中有二套光路對被測物體成像其中一套光路是經過可運動的反光鏡獲得的接收系統(tǒng)及時比較二套光路來的圖像 當二者一致時 就可根據(jù)可運動反光鏡的位置來獲得物體的距離信息com 時間差測距法原理紅外線發(fā)射器發(fā)射出頻率為40khz的紅外線經障礙物反射紅外線接收器接收到反射波信號并將其轉變?yōu)殡娦盘枩y出發(fā)射波與接收到反射波的時間差t即可求出距離s 通常是近紅外光 照射到被測物體表面儀器同時接收被測物體的反射光能量 根據(jù)接收到的反射光能量來判斷被測物體的距離com 紅外測距原理的選擇我們在紅外測距系統(tǒng)就是采用反射能量法因其結構簡單體積小成本低可以廣泛應用于大批量生產的光機電綜合產品因此本文就此方法設計了一

18、種紅外測距系統(tǒng)22 紅外測距系統(tǒng)的工作原理本文設計基本原理是紅外發(fā)射電路的紅外發(fā)光二極管發(fā)出紅外光經障礙物反射后由紅外接收電路的光敏接收管接收前方物體反射光據(jù)此判斷前方是否有障礙物根據(jù)發(fā)射光的強弱可以判斷物體的距離由于接收管接收的光強隨是隨反射物體的距離變化而變化的因而距離近則反射光強距離遠則反射光弱因為紅外線是介于可見光和微波之間的一種電磁波因此它不僅具有可見光直線傳播反射折射等特性還具有微波的某些特性如較強的穿透能力和能貫穿某些不透明物質等紅外傳感器包括紅外發(fā)射器件和紅外接收器件自然界的所有物體只要溫度高于絕對零度都會輻射紅外線因而紅外傳感器須具有更強的發(fā)射和接收能力三紅外測距的基本結構及

19、系統(tǒng)框圖31紅外測距的過程紅外測距的工作過程簡單來講就是瞄準目標然后接通電源啟動發(fā)射電路通過發(fā)射系統(tǒng)像目標發(fā)射紅外信號同時采樣器采樣發(fā)射信號作為計數(shù)器開門的脈沖信號啟動計數(shù)器時鐘振蕩器像計數(shù)器有效的輸入計數(shù)脈沖由目標反射回來的紅外線回波作用在光電探測器上轉變?yōu)殡娒}沖信號經過放大器放大進入計數(shù)器作為計數(shù)器的關門信號計數(shù)器停止計數(shù)計數(shù)器從開門到關門期間所進入的時鐘脈沖個數(shù)經過運算得到目標距離測距公式為 3-1式中l(wèi)待測距離 c光速 t光脈沖在待測距離上往返傳輸所需要的時間只要求出光脈沖在待測距離往返傳輸所需要的時間就可以通過上式求出目標距離紅外脈沖的原理與結構比較簡單測距遠功耗小32 紅外測距系統(tǒng)

20、框圖本設計主要由五部分組成紅外發(fā)射電路紅外接收電路放大電路單片機電路譯碼顯示電路其工作過程圖2圖2 紅外測距系統(tǒng)工作過程系統(tǒng)工作時由發(fā)射單元發(fā)出一束激光到達待測目標物后漫反射回來經接收單元接收放大整形后到距離計算單元計算完畢后顯示目標物距離由于紅外發(fā)光二極管pn結電容的存在影響了它的工作頻率現(xiàn)在紅外發(fā)光二極管的相應時間一般為最高工作頻率為幾十com光敏二極管我們知道半導體具有光電效應即用光照半導體可使半導體的電阻率發(fā)生變化利用半導體的光電效應可以制成光電二極管不同的半導體材料對不同波長的入射光的響應是不同的光敏二極管有頂面受光和側面受光兩種形式它也是采用塑料玻璃環(huán)氧樹脂等材料封裝光敏二極管的主

21、要參數(shù)1光電流il是指在一定反向電壓下入射光強為某一定值時流過管子的電流光敏二極管的光電流一般為幾十a并與入射光強成正比2暗電流id 是指在一定反向電壓下無光照時流過管子的電流一般在50v反壓下id小于01a3反向工作電壓ur 是指在無光照時光敏二極管反向電流小于02a-03a時允許的最高反向工作電壓一般在10v左右最高可達幾十伏四紅外測距硬件電路設計41 單片機最小系統(tǒng)m68hc11系列是motorola公司生產的8位單片機中功能最強集成功能最全的機種68hc11e1的一大特色是功耗低工作電流小于15ma有wait 和stop 兩種方式進行省電m68hc11的可靠性很高有程序自下載功能接上串

22、口線就可以自動下載程序其擴展能力強68hc11e1由cpu片內存儲器定時器系統(tǒng)串行口ad并行io口中斷和復位系統(tǒng)組成封裝如圖3圖3 m68hc11的封裝圖該芯片擴展了32k的靜態(tài)不揮發(fā)ram片內eeprom可現(xiàn)場擦除和寫入可存放各種需經常修改掉電后又不允許丟失的數(shù)據(jù)也可存放程序片內ram具有后備保護特性其優(yōu)點是既有靜態(tài)ram的速度和方便70ns又有eeprom或flashrom的掉電不丟失性從而能將程序和數(shù)據(jù)合用一個芯片同時具有可靠的上電掉電強靜電等數(shù)據(jù)保護功能 其控制板設計了asbus總線如圖4圖4 asbus總線圖簡單類似于isa和pci總線采用堆疊式的asbus擴展卡可以方便擴展控制板的

23、功能 總線通常包含了幾十條分立的線每一條被賦予一個特定的含義或功能總線可以分成三個功能組數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線提供系統(tǒng)模塊間傳送數(shù)據(jù)的路徑這些線結合在一起稱為數(shù)據(jù)總線線的數(shù)目稱為數(shù)據(jù)總線的寬度地址線地址線用于指定數(shù)據(jù)線上數(shù)據(jù)的來源和去向地址線的寬度決定了系統(tǒng)能夠使用的最大的存儲器容量控制線控制線用來控制對數(shù)據(jù)地址線的訪問和使用由于數(shù)據(jù)線和地址所有模塊共享因此必須用一種方法來控制他們的使用 特性引腳功能asbusa 和 asbusb 分別有 14 個信號線 pco-pc7數(shù)據(jù)總線 reset 復位信號 irq 外部中斷輸入腳 vcc 5v 電源負載不要超過 300ma vmotor 電機電壓也即電池電壓可

24、接較大負載 gnd 地 is0-is3輸入選擇線 0-3 os0-0s3輸出選擇線 0-3 pa1-pa2輸入捕捉口 pa3 輸出比較口 pe5-pe7模擬輸入口本設計中pe5擴展紅外接收傳感器42 紅外發(fā)射電路設計 a 電路組成紅外發(fā)射驅動電路是由一個簡單的共射放大電路和一個作為開關的三極管電路組成的模塊電路原理如圖5所示圖5 紅外發(fā)射電路 b 電路工作原理在共射放大電路中紅外發(fā)光二極管tln205接于共射放大電路的集電極與基極和發(fā)射極相接的二極管起溫度補償作用控制管腳vin與68hc11e1芯片管腳vcc相接當控制管腳vin有信號輸入時控制電路的三極管導通同時整個電路導通紅外發(fā)光二極管tl

25、n205發(fā)射出紅外光43 紅外接收放大電路設計圖6 紅外接收放大電路 a 電路組成紅外接收驅動電路是由紅外接收管tps708和兩個電壓串聯(lián)負反饋模擬運算放大電路組成的模塊 紅外接收驅動電路設計為兩極放大是因為在許多情況下輸入信號是很微弱的要把這樣微弱的信號放大到足以帶動負載僅用一級電路放大定是做不到的必須經多級放大以滿足放大倍數(shù)和其他性能方面的要求 b 電路工作原理紅外發(fā)光管tln205發(fā)射出的紅外光在遇到前面的障礙物反射后由紅外接收管tps708接收此時tps708會產生一個與光強相對應的電流電流經由lm358 兩級放大后在輸出端可以得到一個03v的模擬電壓作68hc11e1 單片機模擬輸入

26、量進行ad轉換最后將轉換結果在led上顯示出來 c運算放大電路定量分析我們采用負反饋模擬運算放大電路是因為負反饋具有提高增益穩(wěn)定性展寬放大器通頻帶與減少非線性失真和噪音三大優(yōu)點并且負反饋還有對相應的輸出量進行自動調節(jié)作用根據(jù)閉環(huán)增益方程求對的導數(shù)得 4-1即微分 4-2閉環(huán)增益的相對變化量為 4-3 式4-3表明負反饋的引入使放大器的放大倍數(shù)穩(wěn)定性提高到了倍而且負反饋越深穩(wěn)定性越高輸入信號加在集成運放同相輸入斷的電路稱為同相比例運算電路在紅外接收驅動電路中就采用同相比例運算進行兩級放大下面對同相比例運算電路進行定量分析 4-4 4-5 4-6而 4-7 4-8所以 4-9整理得 4-10式子表

27、明輸出電壓與輸入電壓之間存在著比例運算關系比例系數(shù)由與的值決定與集成運放本身的參數(shù)無關 因為輸入端通過集成運放的輸入電阻接地故同相比例運算電路的輸入電阻很大的大小對信號源影響不大但如果太小當很小時會影響輸出電壓 若要獲得閉環(huán)電壓放大倍數(shù)由電壓放大倍數(shù)定義可得 4-11若 則 即輸出電壓與輸入電壓相等相位相同此時同相比例運算電路稱為電壓跟隨器44 電源電路電路組成該穩(wěn)壓電源由整流和穩(wěn)壓大部分組成220v交流電變成9v的交流電再經單相橋式整流電路將交流電變?yōu)樗枰碾姙V波把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出 4-12通過負載電阻的直流也增加1倍即 4-13因為每兩個二極管串聯(lián)輪換半個周期因此每

28、個二極管中流過的平均電流只有負載電流的一半即 4-14整流二極管承受的最大反向電壓 4-15 因為單相橋式整流電路在變壓器次級電壓相同情況下輸出電壓平均值高脈動系數(shù)小雖然二極管用了4個但小功率二極管體積小價格低廉因此全波橋式整流得到廣泛應用濾波電路整流輸出的電壓是一個單方向脈動電壓雖然是直流但脈動較大為了得到平滑的直流電壓波形必須采用濾波電路以改善輸出電壓的脈動性常用的濾波電路有電容濾波電感濾波復式濾波等此處采用電容濾波單相半波整流電容濾波電路如圖所示由于電容兩端電壓不能突變因而負載兩端的電壓也不會突變使輸出電壓得以平滑達到濾波目的7805穩(wěn)壓電路通過整流濾波電路所獲得的直流電源電壓是比較穩(wěn)定

29、的當電網電壓波動或負載電流變化時輸出電壓會隨之改變電子設備一般都需要穩(wěn)定的電源電壓如果電源電壓不穩(wěn)定會引起直流放大器的零點漂移交流燥聲增大測量儀表的測量精度降低等因此必須進行穩(wěn)壓目前中小功率設備中廣泛采用的穩(wěn)壓電源有并聯(lián)型穩(wěn)壓電源串聯(lián)型穩(wěn)壓電源集成穩(wěn)壓電路及開關型穩(wěn)壓電路在此電路中我們采用集成穩(wěn)壓器78057805穩(wěn)壓電路如圖8所示圖8 7805集成穩(wěn)壓電路型號7805穩(wěn)壓器中78表示輸出為正電壓值05表示輸出電壓的穩(wěn)定值輸入端電容c3用來減小輸入電壓中的波紋輸出端電容c4用來改善瞬態(tài)負載響應特性因為要求輸出電壓為5v所以選擇7805集成穩(wěn)壓器45 數(shù)碼管顯示電路圖9 數(shù)碼管顯示電路圖 a 電

30、路組成led動態(tài)顯示電路如圖9所示asbusa的數(shù)據(jù)輸出口pc0pc7與74ls373的數(shù)據(jù)輸入口d0d7連接74ls373輸出的高四位q4q7經 74ls247譯碼與ds2相連低四位q0q3經74ls247譯碼與ds1相連兩個led可顯示1080的距離值 b 電路工作原理 asbusa的數(shù)據(jù)輸出口pc0pc7輸出距離的bcd碼經74ls373鎖存后高四位q4q7經74ls247譯碼為相應的斷碼由七段碼顯示管顯示十位數(shù)低四位q0q3經74ls247譯碼為相應的斷碼由七段碼顯示管顯示個位數(shù)因此距離可由兩個led顯示管顯示出來五軟件模塊設計51 程序設計步驟 在系統(tǒng)硬件已經確定的情況下程序設計為

31、分析問題熟悉和明確問題的要求已知條件及對運算控制的要求準 確地規(guī)定程序將要完成的任務 確定算法根據(jù)設計問題的要求和指令系統(tǒng)特點選擇解決問題的方法 設計程序流程圖直觀清晰地體現(xiàn)程序的設計思想 分配內存單元確定程序和數(shù)據(jù)區(qū)的起始地址 編寫源程序根據(jù)流程圖和指令系統(tǒng)編寫源程序 調試源程序先將源程序通過匯編生成目標文件并消除語法錯誤然 后在用戶板上調試達到預定要求52 軟件設計框圖圖10 軟件設計框圖當68hc11e1單片機接收到紅外接收電路傳輸?shù)碾妷盒盘柡蠼沘d轉換程序將片外的模擬信號轉換為單片機可識別的數(shù)字信號并經電壓距離轉換子程序將變化的電壓轉換為距離最后在led顯示器上顯示出來53 紅外測距a

32、d轉換程序紅外測距-1表示超出測量范圍int data15 1299369564942373431292726252321 distance15 101520253035404550556065707580 void main int iir 0 dis 00while 1 iir analogport 5 dis getdistance iir write ox4000dis printf dndis wait 05 int getdistance int iir int i ret if iir data0iir data14 ret -1 else for i 0i 15i if iir

33、 datai ret distancei break else if iir datai ret iir-datai-1 distancei-distancei-1 datai-datai-1 distancei-1 break return ret 六測量精度分析紅外傳感器由發(fā)送器和接收器兩部分組成在發(fā)送器和接收器之間有一定的有限視場傳感器只能檢測到那些位于發(fā)射器視場和接收器視場的交叉區(qū)域內的障礙物因此單個的紅外接近覺傳感器不可避免地存在多個盲區(qū)大部分紅外接收器在檢測區(qū)域內有障礙物時輸出低電壓信號反之輸出高壓信號某些類型的物體有可能誤導紅外接收器其中包括表面發(fā)亮的物體光線吸收能力強的物體以及

34、那些交叉部分太小以至于不能將足夠的紅外線從發(fā)送器反射至接收器的物體如果采用多個紅外發(fā)送器和接收器就可以減少盲區(qū)的數(shù)量由于發(fā)送器和接收器的價格都非常低因此采用多套紅外傳感器是完全可行的然而無論實現(xiàn)過程如何完美系統(tǒng)性能總會受到環(huán)境的影響表面暗淡光亮或者體積較小的物體都會經常使接收器產生漏報錯誤如果陽光或者其他較強的光線照射在接收器上有可能會使內部器件處于飽和狀態(tài)從而也會導致傳感器發(fā)生漏報情況通常情況下紅外傳感器很少產生誤報錯誤在系統(tǒng)正常情況下所出現(xiàn)的誤報錯誤通常來源于其他一些意想不到的紅外噪聲信號例如日光燈原則上來講接收器無法判斷其輸出信息是否可靠然而如果接收器輸出的障礙存在信號持續(xù)時間過短完全可以認為這是噪聲假信號造成的參考文獻1 王琳多傳感器信息融合技術及其應用d保定華北電力大學碩士學位論文 20022 馮華君反射能量法測距對焦系統(tǒng)及其重疊設計法j光電工程199825 2 48-53 3