【正文】 后的距離% cm\n,float_Distance)。float_Distance=(1/(adc*()+))4。 LCD_write_string(1,1,DISTANCE:)。 LCD_INIT()。 //AD轉(zhuǎn)換值 12位AD float adc1。 technology and innovative application design．Beijing．2012：15．[14] D. SalidoMonzu，E. MartinGorostiza，J. L. LazaroGalilea，F(xiàn). DomingoPerez．Multipath Mitigation for a PhaseBased Infrared Ranging System Applied to Indoor Positioning．2013 International Conference on Indoor Positioning and Indoor Navigation，October 2013：15．[15] 李錄鋒．基于AT89C51超聲波測距控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)．制造業(yè)自動(dòng)化．2012，34（2）：13．[16] 蔡紅霞，劉繼勇．基于FPGA脈沖激光測距高精度時(shí)間間隔的測量．計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程．2013，11：13．附錄A/********************************** 本程序主要功能：將紅外測距傳感器測得距離顯示在lcd上**************************************************/include include include include include include include int main(void){u8 i= 0。infrared還要感謝本文所涉及到的各位學(xué)者，本文借鑒了數(shù)位學(xué)者的理論知識和研究成果，讓我更好地完成了對論文的撰寫。本論文的撰寫工作主要是在我的導(dǎo)師盧迪老師的悉心指導(dǎo)下完成的，盧迪老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和科學(xué)的管理方法給我了極大的幫助和信心。雖然最終所設(shè)計(jì)的紅外測距系統(tǒng)未能達(dá)到更高的要求，但在工作范圍內(nèi)測量結(jié)果誤差影響相對較小，可以滿足日常生活、工業(yè)生產(chǎn)的測量要求。由于實(shí)驗(yàn)條件有限，對此紅外測距系統(tǒng)并為在加有電磁干擾的情況下進(jìn)行測量，所以不能確定的是測量過程中外界電磁波的有無對測量精度是否有影響。而且能在短時(shí)間內(nèi)多次測量，經(jīng)修改的紅外測距系統(tǒng)穩(wěn)定性比較好、靈敏度也較高、結(jié)構(gòu)簡單，測量時(shí)只需保證周圍沒有干擾物體即可，當(dāng)然在檢測過程中也發(fā)現(xiàn)了一些不足的地方：根據(jù)紅外傳感器GP2Y0A21的使用手冊可知其工作電壓有著精確的范圍，所以在工作測量時(shí)，必須保證其電壓源的穩(wěn)定，且在10厘米之內(nèi)和80厘米之外傳感器 均會(huì)傳回不準(zhǔn)確的測量值。從測量數(shù)據(jù)與繪圖來看，本論文所研究的紅外測距系統(tǒng)工作范圍在1080厘米，其電壓與距離的不是純線性關(guān)系，是一條平滑的非線性反比例曲線。在程序編寫的過程中我深刻地認(rèn)識到了各種工作語言的重要性，并且你需要對STM32單片機(jī)各種函數(shù)語句的使用進(jìn)行掌握，單是函數(shù)語句的名稱就很難記住，更何況每個(gè)語句的功能及使用方法。圖14 電壓距離輸出曲線圖15是1/(R+k)與電壓輸出曲線，為了使曲線線性化便于分析和處理數(shù)據(jù)，把公式（31）進(jìn)行整理，使1/(R+k)與電壓成線性關(guān)系，并繪圖。測量數(shù)據(jù)如表4所示。根據(jù)所設(shè)計(jì)的電路結(jié)構(gòu)、編寫的程序及傳感器本身的功能，在測量范圍內(nèi)對各個(gè)距離進(jìn)行多次測量并與實(shí)際距離相比較，通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，不斷調(diào)節(jié)器件和修改程序使紅外測距系統(tǒng)能更精確、更穩(wěn)定地達(dá)到實(shí)際使用的要求。再者就是由于紅外測距系統(tǒng)中單片機(jī)與LCD之間的連接為直接采用跳線連接I/O的方法，為了提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性及抗干擾能力，防止工作過程中排針與跳線之間松動(dòng)，單對LCD顯示模塊又焊接了一塊擴(kuò)展板，把接地端及電源端盡量合并，減少對跳線的使用，提高系統(tǒng)工作穩(wěn)定性及可靠性。（3）檢查帶有極性原件的焊接是否焊反。本論文采用了這個(gè)擬合之后的公式，并在編程時(shí)直接編入電壓距離轉(zhuǎn)換公式，燒入單片機(jī)內(nèi)直接進(jìn)行測量。（4）根據(jù)系統(tǒng)工作流程圖編寫源程序，對主函數(shù)及子函數(shù)的功能進(jìn)行逐一分析，并寫出相應(yīng)的程序。目前KEIL MDK在國內(nèi)ARM開發(fā)工具市場已經(jīng)達(dá)到九層的占有率。圖13 紅外測距系統(tǒng)工作流程圖 軟件程序設(shè)計(jì)對便于編程，一定要有一個(gè)好的編譯器。首先通過對單片機(jī)的電源電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、USB下載電路和A/D轉(zhuǎn)換電路等功能進(jìn)行主要學(xué)習(xí)了解并運(yùn)用，然后了解紅外傳感器GP2Y0A21的使用方法與特性，結(jié)合單片機(jī)和紅外傳感器的功能，采集出電壓并通過電壓距離公式轉(zhuǎn)換為測量距離。圖12為LCD1602原理圖。對于A/D轉(zhuǎn)換電路來說，如果單片機(jī)處理模塊是整個(gè)紅外測距系統(tǒng)的重點(diǎn)研究模塊，那么A/D轉(zhuǎn)換電路就是重中之中。其次就是ADC模塊的工作電壓。系統(tǒng)使用10位的ADC進(jìn)行測量。圖11 USB下載電路STM32單片機(jī)內(nèi)置3個(gè)12位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊（ADC），轉(zhuǎn)換時(shí)間最快為。圖10 JTAG/SWD下載電路本論文主要運(yùn)用到的是STM32單片機(jī)的電源電路、復(fù)位電路、USB下載電路、A/D轉(zhuǎn)換等功能，前兩者在單片機(jī)最小工作系統(tǒng)里已經(jīng)介紹過，下面介紹一下USB下載電路和A/D轉(zhuǎn)換。圖9為STM32單片機(jī)的晶振電路與時(shí)鐘振蕩電路。其中一路直接通過SW開關(guān)設(shè)置為01，正好選擇了這路產(chǎn)生的8MHz系統(tǒng)時(shí)鐘信號。本論文主要應(yīng)用的是SYSCLK（系統(tǒng)時(shí)鐘）的配置，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)鐘可由3種不同的時(shí)鐘源：（1）STM32單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)8MHz RC高速振蕩器，它產(chǎn)生的的時(shí)鐘信號會(huì)兵分2路，一路直接加到時(shí)鐘選擇器開關(guān)（SW），這個(gè)開關(guān)是由STM32單片機(jī)的時(shí)鐘配置寄存器的第0位和第1位來控制，如若時(shí)鐘配置寄存器的第0位和第1位分別寫入0，0的話，內(nèi)部的8MHz RC 高速振蕩器產(chǎn)生的8MHz的時(shí)鐘信號就可以輕松通過SW開關(guān)，此時(shí)單片機(jī)就產(chǎn)生了8MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘。復(fù)位系統(tǒng)圖8 復(fù)位系統(tǒng)原理圖單片機(jī)復(fù)位系統(tǒng)就是讓程序計(jì)數(shù)器回到0000h這個(gè)地址，程序重頭開始執(zhí)行，將一些寄存器、存儲(chǔ)單元都置為初始設(shè)定值，單片機(jī)復(fù)位的形式有很多種，比如上電復(fù)位、看門狗復(fù)位、手動(dòng)復(fù)位等等。最小工作系統(tǒng)雖然結(jié)構(gòu)簡單，但卻是大多數(shù)單片機(jī)控制系統(tǒng)不可缺少的重要部分，所以要熟練運(yùn)用單片機(jī)的各種各樣的功能就必須要熟悉掌握并了解最小工作系統(tǒng)的組成。25PC5連接LCD1602的DB5引腳，作為LCD的輸入/輸出引腳，并在單片機(jī)與LCD之間傳輸數(shù)據(jù)。9PC1連接LCD1602的DB1引腳，作為LCD的輸入/輸出引腳，并在單片機(jī)與LCD之間傳輸數(shù)據(jù)。14PA0連接LCD1602的R/S引腳，作為LCD的輸入引腳，接收判斷來自單片機(jī)的高低電平，然后選擇輸入指令或者數(shù)據(jù)。圖6 STM32單片機(jī)引腳圖圖6為STM32單片機(jī)的引腳圖，由圖可見此系列單片機(jī)功能之全、用法之便、外設(shè)之多，一個(gè)共有64個(gè)擴(kuò)展I/O口，方便外接工作模塊，這里就不一一介紹了。圖4 GP2Y0A21引腳圖根據(jù)紅外傳感器的電壓和相對應(yīng)的距離測量值可知，夏普GP2Y0A21系列的紅外傳感器輸出曲線是非線性的，且每個(gè)型號的紅外傳感器輸出曲線都不相同。引腳圖如圖4所示。如圖2所示。圖1 三角法測距原理紅外測距傳感器首先通過紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，遇到障礙物反射回來落在PSD上形成了一個(gè)等腰三角形。 （23）式中c是光的傳播速度為， 是調(diào)制信號的角頻率。 反射能量法測距原理反射能量法是由發(fā)射控制電路控制發(fā)光元件發(fā)出信號（通常為紅外線）射向目標(biāo)物體，經(jīng)物體反射后傳回系統(tǒng)的接收端，通過光電轉(zhuǎn)換器接收的光能量大小進(jìn)而計(jì)算出目標(biāo)物體的距離L，見公式（22）。電源電壓平均功耗3340mA峰值功耗200mA更新頻率/周期25Hz/40ms模擬輸出噪聲200mV單片機(jī)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。本論文選用的紅外測距傳感器GP2Y0A21是由日本夏普公司推出的一款性價(jià)比高、最常用的紅外測距傳感器，與其前身GP2D12相比，測量射程相同，但探測面積略有增加，可用來對物體的距離進(jìn)行測量。（2）搜尋和鎖定系統(tǒng)，具有尋找和鎖定紅外目標(biāo)的功能，確定其空間位置并對它的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行追蹤。不易被云霧等懸浮微粒散射而具有較強(qiáng)的穿透力。以波長長度為基準(zhǔn)，紅外線可分為三部分，即近紅外線是波長為㎜之間；中紅外線是波長為㎜之間；遠(yuǎn)紅外線是波長為㎜之間。紅外測距最早出現(xiàn)于上世紀(jì)60年代，是一種以紅外線作為傳輸介質(zhì)的測量方法。該方法對使用環(huán)境要求較高，應(yīng)用范圍較少。關(guān)鍵詞　紅外測距；單片機(jī)；A/D轉(zhuǎn)換；LCDSTM32based infrared ranging system designAbstractWith the development of modern science and technology, there are many new areas, in order to achieve the object close range, highprecision wireless measurement，this topic of infrared ranging is studied. This topic using SCM as the processor, to write A/D converter and LCD display program, an infrared sensor as a working module, plete set of precision display, realtime measurement of infrared ranging system. This system has the advantages of simple structure, small size and high accuracy, low cost and convenient use.This paper introduced is based STM32 microcontroller and use of Japan39。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、測量精度高、成本低、方便使用。本論文采用單片機(jī)作為處理器，編寫A/D轉(zhuǎn)換程序及LCD顯示程序，紅外傳感器作為工作模塊，完成一套高精度顯示、實(shí)時(shí)測量的紅外測距系統(tǒng)。最后對整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)，說明紅外測距系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的可行性。激光測距在工作開始瞬間向物體發(fā)射出一束很細(xì)的激光，并由接受端接收物體反射回來的激光束，同時(shí)計(jì)時(shí)器通過測定激光束從發(fā)射到接收的時(shí)間進(jìn)而計(jì)算出從測量者到物體的距離。作為一種應(yīng)用廣泛、測量精度高的測量方式，紅外測距利用紅外線傳播時(shí)不擴(kuò)散、折射率小的特性，根據(jù)紅外線從發(fā)射模塊發(fā)出到被物體反射回來被接受模塊接受所需要的時(shí)間，采用相應(yīng)的測距公式來實(shí)現(xiàn)對物體距離的測量。 本論文主要研究內(nèi)容紅外線別名紅外光或者熱輻射線，是一種波長比紅色可見光（約㎜）較長、比微波（約㎜）較短的電磁波。能產(chǎn)生反射、折射、干涉、衍射等光學(xué)現(xiàn)象。按照其功能可以分為五種類型：（1）輻射計(jì)，又稱“發(fā)射計(jì)”，是一種用于電磁輻射和光譜測量的裝置。（5）綜合系統(tǒng)，是集于兩個(gè)或者多個(gè)的系統(tǒng)功能的組合系統(tǒng)。表1 紅外傳感器GP2Y0A21技術(shù)規(guī)格測量射程范圍1080cm最大允許角度40176。 （21）式中c是光的傳播速度為 。見公式（23）。如圖1所示。 紅外測距系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)紅外測距系統(tǒng)主要有紅外傳感器模塊（包括紅外發(fā)射端和紅外接收端兩部分）、單片機(jī)處理模塊、LCD顯示模塊三大部分組成。圖3 紅外測距系統(tǒng)硬件工作原理圖 紅外傳感器模塊本模塊選用的是由日本夏普公司研發(fā)的型號為GP2Y0A21的紅外傳感器。即STM32單片機(jī)內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換通道的PA7引腳上。圖5 夏普GP2Y0A21輸出曲線 單片機(jī)處理模塊STM32單片機(jī)是ST（意法半導(dǎo)體）公司基于ARM最新CortexM架構(gòu)內(nèi)核的32位處理器產(chǎn)品，內(nèi)置128KB的Flash、20K的RAM、12位A/D轉(zhuǎn)換、4個(gè)16位定時(shí)器和3路USART通訊口等多種功能資源，時(shí)鐘頻率最高可達(dá)到72MHz。表2 紅外測距系統(tǒng)各引腳功能符號引腳名稱連接對象及功能23PA7連接紅外傳感器Vout引腳，作為單片機(jī)的模擬電壓輸入。8PC0連接LCD1602的DB0引腳，作為LCD的輸入/輸出引腳，并在單片機(jī)與LCD之間傳輸數(shù)據(jù)。24PC4連接LCD1602的DB4引腳，作為LCD的輸入/輸出引腳，并在單片機(jī)與LCD之間傳輸數(shù)據(jù)。STM32單片機(jī)的最小工作系統(tǒng)，顧名思義就是可以使單片機(jī)工作起來同時(shí)由最少的器件構(gòu)成的系統(tǒng)。當(dāng)單片機(jī)開發(fā)板得到+5V的電源后，一路經(jīng)電解電容C12濾波以后會(huì)更加穩(wěn)定的從C12正極輸出，供給單片機(jī)開發(fā)板所需要的地方；另一路直接接入U(xiǎn)7（U7是一個(gè)型號為AMS1117的穩(wěn)壓芯片，