基于单片机的红外测距系统设计-文献综述

第1页文献综述1.课题背景近年来，随着经济的高速发展，家庭用车和运输用车的数量急剧增长，不仅使道路更加拥挤，更为严重的是随之而来的越加频繁的交通事故。造成这些事故的原因有多种，客观上有道路条件、恶劣天气等的影响，而主观上是强行超车、错误估计车距、司机开小差等等。为了减少因此造成的交通事故，给车辆安装具有自动测距、报警、刹车的防撞系统势在必行。当今世界电子技术发达，测距的方法多种多样，主要有超声波测距、激光测距、微波雷达测距和红外线测距。这些测距的原理不同，也各有其优缺点。超声波测距原理简单、成本较低，但是速度易受外界环境影响，并且测量的理想距离也只有4m5m。激光测距易受汽车震动、恶劣天气、反射镜表面磨损和污染等因素影响，而使测距的探测距离减少1/21/3，使用精度大为降低。微波雷达测距不仅成本较高，而且易受电磁波的干扰，不适合应用于汽车测距系统。红外线传播时不易扩散，穿越其他物质时折射率很小，再加上能适应夜晚或能见度差的环境、应用于测距时成本低廉，因此便于民间的推广。本文所研究系统的便是根据红外线往返目标所需的时间来判断目标的距离，并结合单片机技术，把这种测距方法应用于汽车防撞系统，能够有效的减少追尾等事故，保证交通安全。2.研究目的和现状2.1研究目的和意义红外线是不可见光，是电磁波的一种形式，可以用来进行距离的测量，其应用历史可以追溯到上世纪60年代。现代科学技术的发展进入了许多新领域，而在测距方面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。其中激光测距是靠激光束照射在物体上反射回来的激光束探测物体的距离。由于受恶劣的天气、污染等因素影响，使反射的激光束在一定功率上探测距离比可能探测的最大距离减少一半左右，损失很大，影响探测的精确度；微波雷达测距技术为军事和某些工业开发采用的装备和振荡器等电路部分价格昂贵，现在几乎还没有开拓民用市场；超声波测距在国内外已有人做过研究，由于采用特殊专用组件使其价格高，难以推广；红外线作为一种特殊的光波，具有光波第2页的基本物理传输特性反射、折射、散射等，且由于其技术难度相对不太大，构成的测距系统成本低廉，性能优良，便于民用推广。另外红外测距的应用越来越普遍。在很多领域都可以用到红外测距仪。红外测距一般具有精确度和分辨率高、抗干扰能力强、体积小、重量轻等优点，因而应用领域广、行业需求众多，市场需求空间大。红外测距的研究就非常有意义了。红外线测距仪指的就是激光红外线测距仪,红外测距仪用调制的红外光进行精密测距的仪器，测程一般为1-5公里。在100米以内则超声波测距更有优势,但是超声波测距的距离一般无法测量1米以内,而红外测距则可以这一段距离的不足,而且有着不错的精度,在本课题中研究的就是这一类情况的红外线测距。2.2研究现状和存在问题2.2.1研究现状在国内，根据国内近年来红外光电测距仪的发展情况，随着国家对外开放政策的实施和测量工作的需要,近年来国内一些光学仪器厂和电子仪器厂分别从瑞典、瑞士和日本等国引进几种红外测距仪组装线,组装测距仪,我国有关工厂和院校近年来也研制出一些产品。由于微处理机在国产测距仪上的应用,大大缩小了仪器的体积,同时也减少了出故障的几率,使得国产测距仪的性能和质量都较过去有很大的提高。在国家“六五”计划攻关中,常州第二电子仪器厂研制的DCHZ型多功能红外测距仪就是一个很好的例证。该产品经国家测绘局测绘科学研究所光电测距仪检测巾心进行全面质量鉴定后认为:该仪器外型美观、体积小、重量轻、操作方便、精度高和性能稳定,并通过国家有关部门组织的鉴定。目前已开始小批量试生产。在进行侧距仪研制的同时,国家有关部门也组织力量对红外光电测距仪的检测方法进行研究。在国外，红外测距仪技术领先，产品齐全，性能比较稳定，市场需求量大，测量精度高，测量误差小。2.2.2存在的主要问题在设计过程中，由于红外接收管相当于一个光敏二极管，因此设计中受外界光线的干扰很大。比如在设计中阳光或者其他较强的光线照射在接收器上，则可能会使内部器件处于饱和状态，产生系统错报或实验数据的误差出现，另外，室内灯也会产生红外噪声信号。因此，在不同的环境下测量同样的距离，所得出的实验数据是有所出入的。电压和距离之间并非是线性关系，而是一条曲线。第3页另外，系统只支持测量短距离，当距离过长时，红外光强会削弱，而测量的精度主要由发射器的频率决定。由于在此设计中是通过红外线的强弱转化为距离，因此，空气的清洁度，温度的稳定等都会影响到测量数据。3.课题步骤红外传感器的测距基本原理为红外发射电路的红外发光管发出红外光，由红外接收电路的光敏接收管接收发射光。根据发射光的强弱可以判断所测的距离，由于接收管接收的光强是随与发光管的距离变化而变化的，因而，距离近则接收光强，距离远则接收光弱。具体控制方法为：红外模块输出发出并接收到红外线信号；AD转换模块将接收到模拟信号装换成数字信号再交给单片机,启动单片机中断程序,此时单片机得到数字信号也就是电压值,再由软件进行判别、计算，得出距离数并送LED/LCD显示。4.可能遇到的问题和应变措施（1）问题：单片机的工作原理、ADC0809的工作原理等相关理论及研究较为薄弱，缺乏实际经验。拟采取措施：自主查阅相关资料，也可进一步向导师请教，熟悉工作原理。（2）问题：编程时对于液晶显示屏的编译显示方面较薄弱。拟采取措施：自主阅读相关编程书籍，掌握编译环境，并理解显示屏显示地址，也可进一步向导师请教。（3）问题：由于系统容易受环境因素影响，如空气清洁度不同的情况下，系统的识别率将会不同。拟采取措施：加强对于环境条件方面的因素相关性的把控，尽量选择在室内同一环境同一条件下测量相关数据并进行收集分析。第4页参考文献1陈永甫.红外线探测与控制电路M.北京:人民邮电出版社,2004,543.2唐理洋,张亚君.基于红外线测距的汽车防撞系统的研究J.电子器件,2012,35(3),366-370.3蒋晓玲,孟志强,陈燕东,许亮,罗廷芳,常金武.汽车追尾防撞红外测距系统J.光电子技术,2011,31(1),67-72.4陈蕾.单片机原理与接口技术M.北京:机械工业出版社,2012,318.5黄贤武,郑筱霞.传感器原理与应用M.四川:电子科技大学出版社,2010,362.6黄蔚,钱毅湘,徐丽.新编大学计算机信息技术课程M.北京:清华大学出版社,2010,354.7谭浩强.C程序设计(第四版)M.北京:清华大学出版社,2010,390.8潘言全.多路电器遥控器的研究J.黑龙江科技信息,2014,32,78.9宁寿陈.基于MCS-51单片机的智能无功补偿D.东北：东北大学,2009.10张卫卫.基于单片机的数字万用表设计D/OL.2008,/p-27654408.html11查显国.基于FPGA的液位检测系统的前端设计D.湖北:三峡大学,2011.12王志.车载轨道水平检测装置D.黑龙江:黑龙江大学,2010.