[发明专利]基于单片机的红外测距系统

说明书

技术领域

 本发明属于光波测量技术领域，特别涉及一种基于单片机的红外短距离测量技术。

背景技术

近些年来，测距技术得到了飞速发展，在生产、生活各方面的应用也越来越广泛。先后出现了激光测距、微波雷达测距、超声波测距以及红外测距技术，其中激光测距是靠激光束照射在目标物体，通过反射光束探测距离。激光测距易受恶劣天气影响、成本高且维护不便；微波雷达测距技术主要应用于军事和某些工业开发采用的装备，开发费用昂贵，应用的普遍性较差，难以大规模在民用市场开发；超声波测距近些年得到了发展，但其需要采用特殊元件制作，制造成本也比较高；红外测距技术，由于其易于实现，且特别适用于短距离目标测距，在短距离目标测距上有着优良的精度和准确度，构成测距系统的成本低廉，性能优良，便于民用推广。

红外线虽然波长比可见光波长要长，但它也是一种光，空气中的传播速度接近光速。传统的红外测距主要是利用发射光线与反射光线间的时间差来计算，对于单位m范围内，发射光线与反射光线间的时间差达到ns级，这已经接近单片机处理的上限，从而成为影响测距精度的一个重要原因。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的缺陷，提供一种基于单片机PIC16F877的红外测距系统，它性能优良、稳定，抗干扰能力较好，可以实现测量范围溢出报警，以及人机交互等功能。

本发明提出的一种基于PIC16F877单片机的红外测距系统，该系统包括单片机PIC16F877，红外测距双模块，阈值选择器，数字控制选择电路，数码显示管和报警器；所述的红外测距双模块与PIC16F877单片机连接，PIC16F877单片机依次连接阈值选择器、数字控制选择电路和数码显示管，PIC16F877单片机同时连接报警器。

所述的单片机PIC16F877具有独特的RISC（精简指令集）结构，以及具有数据总线和指令总线分离的结构，使指令只有单字长的特性，且允许指令码的位数可多于8位的数据位数，这与传统的CISC结构的8为单片机相比，可以达到2:1的代码压缩，处理速度提高了4倍，对于需要迅速反应的测距系统而言，是非常不错的选择。PIC16F877属于微型单片机，时钟输入为DC-20MHZ，指令周期为DC-200ns；拥有14个8K的FLASH程序存储器，8个368byte的RAM数据存储器，8个256byte的EEPROM数据存储器。该单片机系统成熟稳定，完全满足本系统的设计要求。

单片机PIC16F877是本发明的核心控制芯片，内置时钟，通过发送时钟信号，控制红外测距传感器的工作状态，并实时、快速处理返回数据，并通过内部A/D转换器，将处理的数据以数字形式输出到数码显示管，作为显示最终结果。

红外测距双模块，工作电压4.5V-5.5V，响应时间为38+10ms，平均电流消耗33mA。测量精度高，工作温度为工业温度范围。所述的红外测距双模块由GP2Y0A02YK0F和GP2D120XJ00F两个不同量程的红外传感器在不同的量程范围内工作，且阈值位于两红外测距传感器量程的内部，减小了出现较大误差的可能性；两个红外测距传感器通过一个阈值比较器连接到一起，通过数字选择电路控制，实现两个红外测距传感器不同量程的对接。

GP2D120XJ00F为高度集成的高灵敏度红外测距传感器，它的响应时间为38+10ms，工作电压4.5-5.5V，平均电流消耗33mA，测量距离范围为4cm—30cm；

GP2Y0A02YK0F为大量程集成型红外测距传感器，测量距离为20cm—150cm。

阈值选择器，用于对测量后输出进行判决，当测量距离在25cm以上时，给出一个高电平；当测量距离在25cm以内时，给出一个低电平，为数字选择控制电路提供一个控制输入信号。

数字选择控制电路采用2选1数据选择器74LS157,它具有数据选择输入端S，使能端G，数据输入端A、B，以及输出端Y。当使能端G为高电平时，数据选择器为禁止状态，当使能端G为低电平时，投入工作；数据选择输入端S为低电平时，输出Y为A端数据，当数据选择输入端S为高电平时，输出Y为B端数据。

数码显示管采用4位并行显示模块，用0.56英寸共阳数码管，ss8550三极管并行驱动，可直接与单片机相连，用于实时显示测量距离，实现人机交互。

报警器受单片机控制，当测量距离超过量程4cm-150cm，报警器会发出报警提示。

 

本发明的优点和有益效果