基于STM32的红外测距系统设计

哈尔滨理工大学学士学位论文-I-基于STM32的红外测距系统设计摘要随着现代科学技术的发展，出现了很多新的领域，为了实现对物体近距离、高精度的无线测量，本论文对红外测距领域进行了研究。本论文采用单片机作为处理器，编写A/D转换程序及LCD显示程序，红外传感器作为工作模块，完成一套高精度显示、实时测量的红外测距系统。本系统结构简单、体积小、测量精度高、成本低、方便使用。本论文所介绍的是一种基于STM32单片机并运用日本夏普公司型号为GP2Y0A21的红外传感器所设计的红外测距系统。首先，介绍红外线及红外传感器的分类及应用、STM32单片机的简介与功能；其次，阐述红外测距系统工作原理及基本结构并对单片机、红外传感器、LCD液晶显示屏的工作电路做了介绍；再次，对系统进行了整体设计构想，先后对系统硬件及软件进行设计，并对整个系统的功能进行了调试。最后对整个设计进行总结，说明红外测距系统实现的可行性。关键词红外测距；单片机；A/D转换；LCD哈尔滨理工大学学士学位论文-II-STM32-basedinfraredrangingsystemdesignAbstractWiththedevelopmentofmodernscienceandtechnology,therearemanynewareas,inordertoachievetheobjectcloserange,high-precisionwirelessmeasurement，thistopicofinfraredrangingisstudied.ThistopicusingSCMastheprocessor,towriteA/DconverterandLCDdisplayprogram,aninfraredsensorasaworkingmodule,completesetofprecisiondisplay,real-timemeasurementofinfraredrangingsystem.Thissystemhastheadvantagesofsimplestructure,smallsizeandhighaccuracy,lowcostandconvenientuse.ThispaperintroducedisbasedSTM32microcontrolleranduseofJapan'sSharpCorporationmodelGP2Y0A21infraredsensordesignedinfraredrangingsystem.Firstly,introducetheclassificationandapplicationofinfrareddistancemeasurement，italsointroducesthefunctionofSTM32microcontroller.ThenillustratetheworktheoryandbasicstructureofitandintroducetheLCDscreenandworkcircuit.Again,thesystemhascarriedontheoveralldesignidea,successivelyonthesystemhardwareandsoftwaredesign,andprobesintothefunctionofthewholesystemdebugging.Finally,summarizetheentiredesigntoillustratethefeasibilityofinfrareddistancemeasurement.KeywordsInfraredrange,SCM,A/Dconverter,LCD哈尔滨理工大学学士学位论文-III-目录摘要......................................................................................................................IAbstract...............................................................................................................II第1章绪论........................................................................................................41.1课题研究背景及意义...............................................................................41.2本论文主要研究内容...............................................................................4第2章红外测距系统硬件设计........................................................................62.1红外测距系统的工作原理.......................................................................62.1.1时间差法测距原理............................................................................62.1.2反射能量法测距原理........................................................................62.1.3相位法测距原理................................................................................62.1.4三角法测距原理................................................................................72.2红外测距系统的基本结构.......................................................................72.2.1红外传感器模块................................................................................82.2.2单片机处理模块................................................................................92.2.3LCD显示模块..................................................................................162.3本章小结.................................................................................................17第3章红外测距系统的软件设计及功能调试..............................................183.1红外测距系统工作流程.........................................................................183.2软件程序设计.........................................................................................193.3硬件功能调试.........................................................................................193.4软件功能调试.........................................................................................203.5测量数据绘图.........................................................................................203.6本章小结.................................................................................................23结论....................................................................................................................25致谢....................................................................................................................26参考文献............................................................................................................27附录A................................................................................................................29附录B................................................................................................................35附录C................................................................................................................38哈尔滨理工大学学士学位论文-4-第1章绪论1.1课题研究背景及意义随着科学技术的不断发展，在测距领域也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等方式。激光测距是以激光为传输信号对目标物体进行精确的测量。激光测距在工作开始瞬间向物体发射出一束很细的激光，并由接受端接收物体反射回来的激光束，同时计时器通过测定激光束从发射到接收的时间进而计算出从测量者到物体的距离。该方法对使用环境要求较高，应用范围较少。微波雷达测距是军事和工业上开发采用的技术，其技术要求严格和设备价格非常之高，在民用市场上几乎得不到应用。超声波测距原理与激光测距原理相似，只不过是以声音为传输介质，但是此方法灵活性差、组件造价相对昂贵，在市场开拓空间并不大。作为一种应用广泛、测量精度高的测量方式，红外测距利用红外线传播时不扩散、折射率小的特性，根据红外线从发射模块发出到被物体反射回来被接受模块接受所需要的时间，采用相应的测距公式来实现对物体距离的测量。红外测距最早出现于上世纪60年代，是一种以红外线作为传输介质的测量方法。红外测距的研究有着非比寻常的意义，其本身具有其他测距方式没有的特点，技术难度相对不大，系统构成成本较低、性能良好