【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 情況下，程序設(shè)計(jì)步驟為：（1）分析紅外測(cè)距系統(tǒng)功能，對(duì)已知條件及運(yùn)算控制的要求進(jìn)行掌握，準(zhǔn)確地編寫(xiě)出能完成規(guī)定任務(wù)的程序。（2）確定所需要函數(shù)及算法，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及功能特點(diǎn)，選擇相應(yīng)的解決方法。（3）設(shè)計(jì)系統(tǒng)工作流程圖，采用直觀的方式清晰地表達(dá)出程序的整體設(shè)計(jì)思想。（4）根據(jù)系統(tǒng)工作流程圖編寫(xiě)源程序，對(duì)主函數(shù)及子函數(shù)的功能進(jìn)行逐一分析，并寫(xiě)出相應(yīng)的程序。（5）調(diào)試源程序，將編好的程序通過(guò)編譯去除語(yǔ)法及功能上的錯(cuò)誤，然后將程序燒入單片機(jī)中以達(dá)到最終要求。在這里需要說(shuō)明的是按照紅外傳感器GP2Y0A21給出使用手冊(cè)，正常經(jīng)過(guò)軟件編程并成功下載到STM32單片機(jī)之后，測(cè)量結(jié)果所繪制的電壓距離曲線應(yīng)該是一條非線性曲線，如圖5所示。但是為了更方地使用此款紅外傳感器，在更多商家的研究與開(kāi)發(fā)下，通過(guò)不斷地采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并對(duì)此款傳感器進(jìn)行曲線擬合，最終實(shí)現(xiàn)了輸出曲線近似線性化的處理。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(cè)量。 硬件功能調(diào)試單片機(jī)處理模塊、紅外傳感器模塊及LCD顯示模塊是紅外測(cè)距系統(tǒng)的三大組成，也是硬件設(shè)計(jì)中重要的部分，所以在設(shè)計(jì)完成后要分別對(duì)這三部分進(jìn)行功能調(diào)試以達(dá)到穩(wěn)定的工作要求。首先，對(duì)單片機(jī)處理模塊進(jìn)行調(diào)試，此模塊是整個(gè)紅外測(cè)距系統(tǒng)工作的大腦，所以對(duì)此模塊的要求絕對(duì)要做到萬(wàn)無(wú)一失，對(duì)此模塊我進(jìn)行了如下調(diào)試：（1）檢查開(kāi)發(fā)板電源電路是否短路，造成開(kāi)發(fā)板損壞。（2）檢查開(kāi)發(fā)板焊接情況，有無(wú)虛焊、錯(cuò)焊等現(xiàn)象。（3）檢查帶有極性原件的焊接是否焊反。（4）在確定整個(gè)開(kāi)發(fā)板無(wú)誤的情況下，先燒入簡(jiǎn)單程序試一試開(kāi)發(fā)板的功能，隨后再燒入紅外測(cè)距系統(tǒng)程序。其次，對(duì)紅外傳感器模塊進(jìn)行檢查，由于本論文重點(diǎn)研究方向不在傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理方面，所采用的紅外傳感器GP2Y0A21是由日本夏普公司所提供的完整模塊，所以只需把單片機(jī)編入A/D轉(zhuǎn)換程序后是紅外傳感器的Vout引腳接入單片機(jī)的PA7引腳，通過(guò)串口檢驗(yàn)是否有電壓輸入，如若有則證明此模塊可以作為所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的紅外傳感器模塊，如若沒(méi)有，則需調(diào)試或者調(diào)換另一模塊。最后，對(duì)液晶顯示屏LCD1602模塊進(jìn)行調(diào)試，在調(diào)試此模塊時(shí)，遇到的最大一個(gè)問(wèn)題就是對(duì)LCD1602引腳3（VL）功能的忽視，最開(kāi)始并沒(méi)有對(duì)此引腳接入相應(yīng)的滑動(dòng)變阻器，導(dǎo)致了無(wú)論怎么調(diào)試程序或者更改硬件都無(wú)法顯示最簡(jiǎn)單的字符，在不斷地實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了這個(gè)故障，最終接入相應(yīng)的滑動(dòng)變阻器并調(diào)整到適當(dāng)?shù)奈恢?，最終在LCD上得到了顯示的字符。再者就是由于紅外測(cè)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(guò)程中排針與跳線之間松動(dòng)，單對(duì)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(duì)跳線的使用，提高系統(tǒng)工作穩(wěn)定性及可靠性。 軟件功能調(diào)試對(duì)于紅外測(cè)距系統(tǒng)軟件的調(diào)試，主要是對(duì)主程序及子程序的調(diào)試，在最開(kāi)始編寫(xiě)程序的時(shí)候，首先對(duì)主函數(shù)進(jìn)行大致編寫(xiě)，并逐一加入一些算法公式及相應(yīng)的函數(shù)語(yǔ)句。然后再開(kāi)始編寫(xiě)相應(yīng)的功能模塊的子程序，對(duì)A/D轉(zhuǎn)換程序、LCD1602顯示程序等都需要一一編寫(xiě)。在硬件電路制作并調(diào)試好以后，便可將編譯后的程序下載到單片機(jī)中運(yùn)行調(diào)試。根據(jù)所設(shè)計(jì)的電路結(jié)構(gòu)、編寫(xiě)的程序及傳感器本身的功能，在測(cè)量范圍內(nèi)對(duì)各個(gè)距離進(jìn)行多次測(cè)量并與實(shí)際距離相比較，通過(guò)對(duì)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(cè)距系統(tǒng)能更精確、更穩(wěn)定地達(dá)到實(shí)際使用的要求。 測(cè)量數(shù)據(jù)繪圖經(jīng)過(guò)對(duì)紅外測(cè)距系統(tǒng)硬件及軟件的調(diào)試后使整個(gè)系統(tǒng)能正常運(yùn)行，接下來(lái)就是要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的功能進(jìn)行實(shí)際測(cè)量與驗(yàn)證。紅外傳感器GP2Y0A21正常的電壓距離輸出曲線為圖5所示。由于我們采用的是擬合后的測(cè)量公式，見(jiàn)公式（31），所測(cè)量的數(shù)據(jù)曲線會(huì)有所不同。測(cè)量數(shù)據(jù)如表4所示。 （31）式中R代表測(cè)量距離，AD代表輸入單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換值，m，b，k均為常量；m=，b=，k=4。表4 測(cè)量數(shù)據(jù)電壓VAD754414290235190166141123測(cè)量值R cm1/(R+k)實(shí)際距離cm1020304050607080經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)量，得出如表4的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為了對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別以距離、電壓兩個(gè)變量作為橫縱坐標(biāo)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖，由于數(shù)據(jù)是離散的且不遵守某個(gè)函數(shù)，選擇采用Labview軟件進(jìn)行作圖。圖14是距離與電壓輸出曲線圖，也就是經(jīng)過(guò)擬合加入常量后的曲線，與實(shí)測(cè)輸出曲線相比更近乎線性化，由圖可知，紅外測(cè)距系統(tǒng)在1080cm范圍內(nèi)為正常測(cè)量范圍。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。可見(jiàn)，在沒(méi)有經(jīng)過(guò)公式變換的電壓距離輸出曲線是一條非線性反比例輸出曲線，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換，添加常數(shù)參數(shù)使1/(R+k)與電壓成線性關(guān)系。圖15 1/(R+k)與電壓輸出曲線圖16，圖17，圖18是測(cè)量數(shù)據(jù)中采集的照片。圖16圖17圖18 本章小結(jié)對(duì)于整個(gè)紅外測(cè)距系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，是在硬件設(shè)計(jì)大致完成的基礎(chǔ)上展開(kāi)的，主要是對(duì)STM32單片機(jī)運(yùn)行程序的編寫(xiě)，還有系統(tǒng)整體工作流程的設(shè)計(jì)與搭建。在程序編寫(xiě)的過(guò)程中我深刻地認(rèn)識(shí)到了各種工作語(yǔ)言的重要性，并且你需要對(duì)STM32單片機(jī)各種函數(shù)語(yǔ)句的使用進(jìn)行掌握，單是函數(shù)語(yǔ)句的名稱(chēng)就很難記住，更何況每個(gè)語(yǔ)句的功能及使用方法。所以，通過(guò)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，在STM32單片機(jī)編程著方面我得到了很大的提高，而在編譯每個(gè)程序的過(guò)程中對(duì)語(yǔ)句的修改更讓我煞費(fèi)苦心，有的語(yǔ)句可以很通順的編寫(xiě)成功，而有些語(yǔ)句則需改了又改才可以正常運(yùn)行。對(duì)我自己的品質(zhì)也進(jìn)行了歷練，讓我更加知道了持之以恒的道理。最終所編寫(xiě)的主要工作程序見(jiàn)附錄A。從測(cè)量數(shù)據(jù)與繪圖來(lái)看，本論文所研究的紅外測(cè)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。在工作范圍內(nèi)，此系統(tǒng)可以高精度實(shí)現(xiàn)對(duì)物體距離的測(cè)量。當(dāng)然，系統(tǒng)在工作穩(wěn)定性上還需要改進(jìn)。結(jié)論對(duì)本論文所設(shè)計(jì)的紅外測(cè)距系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量、校準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)其測(cè)量范圍在1080厘米內(nèi)的平面物體。，而且能在短時(shí)間內(nèi)多次測(cè)量，經(jīng)修改的紅外測(cè)距系統(tǒng)穩(wěn)定性比較好、靈敏度也較高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量時(shí)只需保證周?chē)鷽](méi)有干擾物體即可，當(dāng)然在檢測(cè)過(guò)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(cè)可知其工作電壓有著精確的范圍，所以在工作測(cè)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(cè)量值。也就是說(shuō)在此范圍之外的物體是無(wú)法測(cè)量的。由于本論文所設(shè)計(jì)的紅外測(cè)距系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，所以在測(cè)量時(shí)紅外測(cè)距傳感器并為固定在指定位置，而恰巧紅外傳感器接收端與發(fā)射端和地面呈的角度對(duì)這測(cè)量精度有著很大影響，所以在工作測(cè)量時(shí)，一定要注意紅外傳感器的擺放角度。由于實(shí)驗(yàn)條件有限，對(duì)此紅外測(cè)距系統(tǒng)并為在不同溫度下分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所以不能確定的是外界溫度的高低變化對(duì)測(cè)量精度是否有影響。由于實(shí)驗(yàn)條件有限，對(duì)此紅外測(cè)距系統(tǒng)并為在加有電磁干擾的情況下進(jìn)行測(cè)量，所以不能確定的是測(cè)量過(guò)程中外界電磁波的有無(wú)對(duì)測(cè)量精度是否有影響。在干凈清新的空氣下所測(cè)量的結(jié)果一般要比塵埃過(guò)多情況下精準(zhǔn)的多，也就是說(shuō)空氣環(huán)境質(zhì)量對(duì)此紅外測(cè)距系統(tǒng)也有著相對(duì)的影響。對(duì)于不同形狀的測(cè)量物體也有著相對(duì)的影響，由于不規(guī)則的形狀影響了紅外線的發(fā)射與接收，所得到的測(cè)量結(jié)果也相對(duì)精度較低，于平面物體測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性和精確度就較高。本紅外測(cè)距系統(tǒng)采用的是紅外傳感器GP2Y0A21和三角測(cè)距原理，由于紅外傳感器本身測(cè)量距離的限制，加上三角測(cè)距原理固有的缺陷，經(jīng)過(guò)上述實(shí)驗(yàn)分析得知，在穩(wěn)定的電源、干凈清晰的空氣、穩(wěn)定的溫度、無(wú)外界電磁干擾、無(wú)障礙物的情況下，在測(cè)量允許的范圍內(nèi)，此紅外測(cè)距系統(tǒng)能獲得較高的測(cè)量精度。雖然最終所設(shè)計(jì)的紅外測(cè)距系統(tǒng)未能達(dá)到更高的要求，但在工作范圍內(nèi)測(cè)量結(jié)果誤差影響相對(duì)較小，可以滿足日常生活、工業(yè)生產(chǎn)的測(cè)量要求。同時(shí)通過(guò)此次課題設(shè)計(jì)大大地提高了我對(duì)單片機(jī)的認(rèn)識(shí)，在電路分析及編程能力方面也有著顯著的提高，對(duì)我意義匪淺。致謝為期將近三個(gè)月的時(shí)間，本篇論文終于撰寫(xiě)完畢。在此期間我遇到了無(wú)數(shù)的困難和挫折，都在老師和同學(xué)的幫助下順利度過(guò)。本論文的撰寫(xiě)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。在論文撰寫(xiě)期間，她對(duì)我進(jìn)行了無(wú)私的指導(dǎo)和幫助，盡其所能的對(duì)我的每一項(xiàng)學(xué)術(shù)知識(shí)進(jìn)行鞏固，不厭其煩的對(duì)我的論文進(jìn)行修改。另外，在查找資料的時(shí)候，圖書(shū)館的老師也給我提供了很多方面的支持與幫助，在此，我向幫助和指導(dǎo)過(guò)我的各位老師表示最衷心的感謝。同時(shí)，我要感謝我的學(xué)長(zhǎng)還有我的同學(xué)，在實(shí)驗(yàn)室工作和論文撰寫(xiě)期間，他們給予了我熱情的幫助，如果沒(méi)有他們的幫助與啟發(fā)我將很難完成本篇論文的撰寫(xiě)。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(shí)和研究成果，讓我更好地完成了對(duì)論文的撰寫(xiě)。在論文撰寫(xiě)期間我也要感謝我的家人，是他們給予了我莫大的支持，讓我更安心地去完成此次論文地撰寫(xiě)。由于我的學(xué)術(shù)水平有限，本論文難免會(huì)有不足之處，懇請(qǐng)各位老師和同學(xué)批評(píng)和指正。參考文獻(xiàn)[1] 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