李紫薇

摘要：随着电子科技的不断发展，出现了许多新型领域，其中测距方面出现了激光测距、超声波测距、微波雷达测距、及红外光测距。为了实现物体近距离、高精度的无线测量而采用了红外发射接收模块作为距离传感器，单片机作为处理器，编写A/D转换和显示程序，完成了一套便携式的红外距离测量系统，其结构简单可靠、体积小、测量精度高、方便使用，红外系统可以高精度的实时显示所测的距离。红外测距的探测距离较短，一般在几十厘米之内，本文介绍的一种基于AT89C52单片机设计的红外测距仪，可以测量距离。

关键词：单片机；A/D转换；红外线；红外测距

1.1 红外线

红外线是波长在750nm-1mm之间的电磁波，它的频率高于微波低于可见光，是一种人眼看不到的光线。。所有高于绝对零度（-273.15℃）的物质都可以产生红外线。现代物理学称之为热射线。红外线包括三部分，远红外线其波长范围为25-500um、中红外线其波长范围为2.5-25um、近红外线其波长范围为0.7-2.5um。由于红外线的发热效应以及透射能力比可见光强的特点，其在通讯、医疗、探测、军事等方面发挥着很大的作用。

1.2 红外测距

红外线可以用来进行距离的测量，目前为止测量距离的方法有很多。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。微波雷达测距技术是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，现在还没有开拓民用市场。超声波测距在国内外已有很多人做过研究，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光波，具有光波的基本物理传输特性—反射、折射、散射等，由于简单、成本不高、性能优良，便于民用推广。此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，市场需求空间大因此红外测距的研究就很有意义。红外线测距仪指的就是红外线测距仪，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，而红外测距则可以测出这一段距离，而且有着不错的精度。

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，红外接收电路的光敏接收管接收发射光，根据发射光的强弱判断出所测的距离。由于接收管接收的光强度是随着发光管与测量物的距离变化而变化的，因而，与测量物的距离近则接收光强，距离远则接收光弱。

2 A/D转换

A/D转换原理是将时间连续的模拟量转换为离散的量化数值，整个过程包括采样、量化、编码三个步骤。采样过程将时间连续的信号变成时间不连续的模拟信号，该过程是通过模拟开关来实现的，每隔一段时间模拟开关打开一次，一个连续的模拟信号通过这个开关后就形成一系列的脉冲信号称为采样信号。量化过程是将模拟过程信号变成数字信号的过程，在该过程会造成误差，增加采样频率和幅值的表示位数可以减小误差。编码是将量化过程得到的量化值进行二进制编码。通过上面三个步骤就可将一个模拟量转换成被单片机识别的数字量。

2.1 A/D芯片的几个重要指标：

（1）分辨率：一般用转换后数据的位数标识

（2）量化误差：是将模拟量转换为数字量过程中造成的误差，理论上为单位数字量的一半，提高分辨率可以减少量化误差

（3）转换时间：指从启动转换到完成一次A/D转换所需的时间

（4）转换量程：指芯片能够转换的电压范围

3 AT89C52单片机

单片机包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序内存ROM、定时/计数器、中断系统、时钟部件的集成和I/O接口等电路。由于单片机具有体积小、价格低、可靠性高、开发应用方便、功能较齐全等特点，因此在现代电子技术和工业领域中应用较为广泛。

AT89C52是低电压、高性能的8位CMOS单片机，其主要工作特性是：

（1）片内程序存储器内含8KB的Flash程序存储器，可擦写寿命为1000次；

（2）片内数据存储器内含256字节的RAM；

（3）具有32根可编程I/O口线；

（4）具有3个可编程定时器；

（5）中断系统是具有8个中断源、6个中断矢量、2个级优先权的中断结构；

（6）串行口是具有一个全双工的可编程串行通信口；

（7）具有一个数据指针DPTR；

（8）低功耗工作模式有空闲模式和掉电模式；

（9）具有可编程的3级程序锁定位；

3.1 AT89C52时钟信号

AT89C52单片机的时钟信号通常是由两种方式产生：一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。AT89C52单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接晶振，就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。电容的作用是稳定频率和快速起振。当在AT89C21单片机的RST引脚接入高电平并保持2个机器周期的时候，单片机内部就执行复位操作（若該引脚持续保持高电平，单片机就会处于循环复位状态）。复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。最简单的上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，只要VCC的上升时间不超过1ms，就可实现自动上电复位。时钟频率用6MHZ时C取22uF，R取1KΩ。除了上电复位外，有时候还需要按键手动复位，本设计就是用的按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过RST端经过电阻与电源VCC接通来实现的。

4 红外测距系统

整个红外测距系统由AT89C52芯片、红外距离传感器、复位电路、时钟电路、A/D转换电路与LCD显示器构成。当红外系统被启动后，首先对AT89C52单片机进行初始化。然后，当AT89C52单片机接收到红外接收电路传输的电压信号后，经A/D转换程序，将片外的模拟信号转换为单片机可识别的数字信号，并经电压—距离转换子程序，将变化的电压转换为距离。最后在动态扫描LCD显示器上显示出来。

在硬件实施中，我们采用LCD显示屏动态显示变化中的距离， LCD显示器与AT89C52芯片的P0口与P2.0-2.2接口相接，在红外接收模块运动过程，AT89C52芯片内部会将电压模拟量通过A/D转换将其转化为可显示的数字量，然后通过LCD显示器显示出。键盘与AT89C52芯片的P3.4、P3.5、P3.6、P3.7引脚相接，通过键盘接口可以实现距离的测量与面积的计算。

由于红外接收管相当于一个光敏二极管，系统受外界光线的干扰很大因此会产生误差。自然界的所有物体只要温度高于绝对零度都会辐射红外线，如果阳光或者其他较强的光线照射在接收器上，有可能会使内部器件处于饱和状态，也会导致传感器发生错报情况，另外，日光灯也会产生红外噪声信号。因此，所设计的系统在不同的条件下所测量的结果会有所差别。

总结：随着电子科技的不断发展，新技术的不断出现使得人们对技术要求越来越高，红外线测距虽然由于热量等原因会产生误差，但由于其构造简单、成本较低、操作容易等优点使其在日常生活中得到了广泛的应用。

参考文献：

[1]何桥、段清明、邱春玲 单片机原理及应用 中国铁道出版社 2004

[2]程国刚 51单片机应用开发案例手册 电子工业出版社 2011