实验二红外测距传感器实验

1、信息工程学院实验报告课程名称：传感器原理及应用成绩：实验项目名称：实验二红外测距传感器实验实验时间： 2016.10.8班级：姓名：学号：一、实验目的指导老师 (签名)：1. 学习 CC2530 单片机 ADC 模块的使用。2. 学习红外测距传感器的使用。二、实验原理1. CC2530 节点与红外测距传感器的硬件接口红外线测距传感器模块GP2Y0A21YK0F第1页共15页(1). 红外测距传感器模块 (GP2Y0A21YK0F) 引脚OUT：模拟量输出接口 (AD 模块 )GND ：外接 GNDVCC ：数字量输出接口 (0 和 1) 外接5V 电源(2). 传感器模块与CC2530 模块之

2、间的连接2. ADC(1). 简介CC2530 单片机的 ADC 支持多达 14 位的模拟数字转换，具有多达12 位的 ENOB（有效数字位）。它包括一个模拟多路转换器，具有多达8 个各自可配置的通道；以及一个参考电压发生器。转换结果通过 DMA 写入存储器。还具有若干运行模式。 ADC 模块的方框图如下所示：ADC 的主要特性如下：第2页共15页 可选的抽取率，这也设置了分辨率（7 到 12 位） 8 个独立的输入通道，可接受单端或差分信号 参考电压可选为内部单端、外部单端、外部差分或AVDD5 产生中断请求 转换结束时的 DMA 触发 温度传感器输入 电池测量功能(2). 寄存器简介本次实

3、验中主要涉及到ADC 模块的寄存器：第3页共15页数据的换算：例如：在CC2530 中配置ADC 的参考电压为AVDD5(3.3V) ，抽取率为512(12 位有效数据 )，由于在实验中采用单端转换方式，所以实际数据只有11 位。这时， ADC 采集到的数据记为x,则ADC 采集数据转换为电压 (单位： V) ：V = x * 3.3 / 20483. GP2Y0A21YK0F 红外测距传感器(1). 概述夏普 GP2Y0A21YK0F 测距传感器是基于 PSD 的微距传感器，其有效的测量距离在80cm 内，有效的测量角度大于 40 度，输出信号为模拟电压，在 0 到 8cm 左右的范围内与距

4、离成正比非线性关系，在 10-80cm 的距离范内成反比非线性关系，平均功耗为 30mA ，反应时间约为 5ms，并且对背景光及温度的适应性较强。 GP2Y0A21YK0F 传感器的默认的测距分辨率为 1mm。第4页共15页由于 GP2Y0A21YK0F传感器采用的是PSD 光信号调制法，因此其输出的信号电压并不是标准的直流电压， 而是叠加了波幅约为0.2V，频率 1KHz 的方波，由于波幅达到0.2V，这就影响了分辨率。 如果不进行信号处理， 分辨率的精度仅能达到1mm。而如果经过有效处理，在正常情况下可以达到0.1mm 以上的精度，完全可以满足一般工程定距等方面的需求。Sharp 的红外传

5、感器都是基于一个原理，三角测量原理。红外发射器按照一定的角度发射红外光束，当遇到物体以后，光束会反射回来，反射回来的红外光线被CCD 检测器检测到以后，会获得一个偏移值L，利用三角关系，在知道了发射角度a，偏移距 L ，中心矩 X ，以及滤镜的焦距f 以后，传感器到物体的距离D 就可以通过几何关系计算出来了。传感器特点： 基本不受背景光及温度的影响， 能满足大部分工程应用的性能要求， 有很高的性价比，具有很好的工程应用价值。(2). 使用方法本实验利用CC2530 的 ADC 模块采集红外测距传感器输出的模拟电压数据，然后换算成电压值，在根据数据手册上的特性曲线，如下图所示：将特性曲线通过MA

6、TLAB可以拟合出计算公式，直接根据电压值计算出距离，假设测第5页共15页量出的电压为voltage(V) ，待测距离为distance(cm)，则 distance = 26.757 * voltage-1.236。三、实验内容与步骤1. 将仿真器的一端 JTAG 接口与一个 CC2530 模块相连，并打开 CC2530 节点的电源，再将仿真器的另一端用 USB 接口与 PC 计算机相连。2. 用 MiniUSB 线将 CC2530 节点与计算机的 USB 口连接起来后，打开串口调试器软件，设置波特率 57600，校验位 None，数据位 8，停止位 1，然后点击打开串口按钮，如下图所示：说

7、明：串口号可以在设备管理器看到，具体方法如下图所示：第6页共15页3.用IAREmbedded Workbenchfor80518.10打 开 配 套 传 感 器 实 中 的“SerialPort.Edition18.IRDMSMain.eww ”工程文件。4. 点击 IAR 功能菜单上的绿色下载按钮，进入程序下载页面，如下图所示：5. 程序下载完成后，点击 IAR 开发环境中的运行程序按钮运行程序，如下图所示：此外，也可以通过点击其它按钮实现对当前程序的调试(单步、断点、暂停、步入等功能 )。6. 扩展实验为了能够更加直观地观察到传感器工作的状况，在实验过程中可以利用光盘中配套的上位机软件C

8、urveDisplay 来观察传感器的数据曲线。操作步骤(1). 将仿真器的一端 JTAG 接口与一个 CC2530 模块相连，并打开 CC2530 节点的电源，再将仿真器的另一端用 USB 接口与 PC 计算机相连。(2). 用 MiniUSB 线将 CC2530 节点与计算机的 USB 口连接起来后，打开配套传感器实验中的“ CurveDisplayCurveDisplay.exe”上位机软件，选择正确的串口号后，再设置波特率 57600，校验位 None，数据位 8，停止位 1，最后点击打开连接按钮，如下所示：第7页共15页(3).用IAREmbedded Workbench for80

9、518.10打 开 配 套 传 感 器 实 验 中 的“ Curve.Edition18.IRDMSMain.eww ”工程文件，然后通过IAR 将程序下载到CC2530 模块中。程序下载完成后，点击IAR 开发环境中的运行程序按钮运行程序。四、实验结果及分析：1. 程序正常运行后，每采集一次传感器数据，红色 LED 闪烁一下，与此同时串口调试器显示信息（功能扩展，实现按键按一下传感器采样一次）如下图所示：2. 在实验过程中，将传感器水平正对着墙壁或障碍物远离移动，可以在串口调试软件上看到相应 ADC 采集到的电压数据也发生相应的变化， 其数值越小说明两者之间的距离越大。第8页共15页3. 扩

10、展实验现象(1). 程序正常运行后， 在 CurveDisplay 软件中可以观察到传感器的数据曲线，如下图所示：(2). 在实验过程中，将传感器水平正对着墙壁或障碍物远离移动，可以在 CurveDisplay 软件上的传感器数据曲线也发生相应的变化，如下图所示：五、实验总结：通过这次学习和操作 ,我学到了对 CC2530 单片机 ADC 模块的使用，并懂的了红外测距传感器的使用。以及通过自己对其功能扩展，实现按键控制传感器的采样。这次的实验操作让我受益匪浅。六、源程 序 清 单 （加上必要的注释 ）主要代码如下：#include #include /GPIO_LED 定义 (1:点亮 ,0:

11、熄灭 )#define GPIO_GLEDP1_0第9页共15页#define GPIO_RLEDP1_1/GPIO_KEY 定义 (0:被按下 ,1:未按下 )#define GPIO_SW1P1_2#define GPIO_SW2P1_3void InitClock(void) / 初始化时钟unsigned int i;/turn on 16MHz RC and 32MHz XOSCSLEEPCMD &= 0x04;/wait for 32MHz XOSC stablewhile(!(SLEEPSTA & 0x40);/chip bug workaroundasm(nop);/ 延时 6

12、3usfor(i = 0; i 504; i+)asm(nop);/Select 32MHz XOSC and the source for 32K clock CLKCONCMD = 0x00;/Wait for the change to be effectivewhile(CLKCONSTA != 0x00);/turn off 16MHz RCSLEEPCMD = 0x80;void InitGPIO(void) / 初始化 GPIO/GPIO_RLED 引脚 (P1_0,通用 IO,输出 )P1SEL &= 0x01;P1DIR |= 0x01;/GPIO_GLED 引脚 (P1_1

13、,通用 IO, 输出 )P1SEL &= 0x02;P1DIR |= 0x02;/GPIO_SW1 引脚 (P1_2,通用 IO,输入 )P1SEL &= 0x04;P1DIR &= 0x04;/GPIO_SW2 引脚 (P1_3,通用 IO,输入 )P1SEL &= 0x08;P1DIR &= 0x08;void InitUART(void) / 初始化串口 USART0第10页共15页/P05.2 配置为外设 IOP0SEL |= 0x3C;/USART 0 I/O location: Alternative 2 locationPERCFG &= 0x01;/UART modeU0CSR

14、 |= 0x80;/ 无流控制 ,无校验 ,1 位停止位 ,8 位数据位 ,起始位为低电平 ,停止位为高电平U0UCR = 0x02;/ 波特率 57600U0GCR |= 0x0A;U0BAUD = 216;/ 使能串口接收器U0CSR |= 0x40;void UART_SendStr(const unsigned char *str) /通过串口发送字符串while(*str)/ 发送一个字符U0DBUF = *str+;/ 等待发送完毕while(!UTX0IF);/ 清除发送中断标志UTX0IF = 0;void Float2Str(void *str, float Num, uns

15、igned char FractLen) /将 float 型数据转换为字符串(FractLen:小数位数 1-6)unsigned char *ptr =(unsigned char *)str);unsigned char FractCache6 = 0;unsigned char i = FractLen, j;unsigned char tmp;unsigned char sign = (unsigned char)(Num 0);unsigned long trunc; /整数部分unsigned long fract; /小数部分 (4 位)if (sign)Num *= -1;t

16、runc = (unsigned long)Num;第11页共15页fract = (unsigned long)(Num-(unsigned long)Num)*1000000);/ 处理小数部分 if (fract = 0)ptri+ = 0;elsefor(j=0; j6; j+)FractCachej = (unsigned char)(fract % 10) + 0);fract /= 10;/ 调整小数位数for(j=0; j 0)ptri+ = (unsigned char)(trunc % 10) + 0);trunc /= 10;/ 添加符号位if (sign)ptri+ =

17、 -;/ 字符串逆序输出for(j=0; j(i/2); j+)tmp = ptrj;ptrj = ptr(i-j)-1;ptr(i-j)-1 = tmp;/ 添加字符串结束符 ptri = 0;第12页共15页void DelayXus(unsigned int Xus) /延时 Xuswhile(Xus-)asm(nop);asm(nop);asm(nop);void DelayXms(unsigned int X) / 延时 Xmswhile (X-)/ 延时 1ms DelayXus(1000);void InitADC(void) / 初始化 ADC/P0.1 配置为外设 IOP0S

18、EL |= 0x02;/P0.1 配置为模拟 IOAPCFG |= 0x02;unsigned int ADC_ReadVal(void) /通过 ADC 读取 P0.1 的电压数据int val;/ADC 参考电压 : AVDD5 PinADCCON3 |= 0x80;/512 decimation rate (12 bits ENOB)ADCCON3 |= 0x30;/Single channel: AIN1ADCCON3 &= 0x0F;ADCCON3 |= 0x01;/Wait for the conversion to be donewhile(!(ADCCON1 & 0x80);/Read the result(最高位为符号位 )val = (unsigned int)ADCL;val |= (unsigned int)(ADCH 8);第13页共15页/Treat small negative as 0val = val 4;return val;void main(void)unsigned char cache16;unsigned int val;float voltage;/ 初始化时钟InitClock();/ 初始化 IO InitGPIO();/ 初始化串口 USART0 InitUART();/ 初始化 AD