黑龙江大学
无线通信课程设计报告基于红外的测距系统
专业：通信工程
学号：20085369
姓名：龚政
基于红外的测距系统
一、设计原理概述
对某一特定物体距离的测量是光学仪器领域的热门课题之一。在机器人视觉方面,快速精确的测距系统使机器人迅速准确地判断目标与机器人的距离,以便使机器人迅速做出相应的判断和动作。
各种测距方法很多, 目前应用较多的主要有PSD 测距法、超声时间法、带运动机构的双象比较法和反射能量法。
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，经障碍物反射后，由红外接收电路的光敏接收管接收前方物体反射光，据此判断前方是否有障碍物。根据发射光的强弱可以判断物体的距离，由于接收管接收的光强随是随反射物体的距离变化而变化的，因而，距离近则反射光强，距离远则反射光弱。
因为红外线是介于可见光和微波之间的一种电磁波，因此，它不仅具有可见光直线传播、反射、折射等特性，还具有微波的某些特性，如较强的穿透能力和能贯穿某些不透明物质等。红外传感器包括红外发射器件和红外接收器件。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，因而，红外传感器须具有更强的发射和接收能力。
1.红外线发射器件的结构与原理
红外线发射器件是最长用的为红外发光二极管，它与普通发光二极管的结构原理以及制作工艺基本相同，是只有一个PN结的半导体器件，只是所有的材料不同，制造红外发光二极管砷化钾，砷铝钾等，其中应用最多的是砷化钾。
红外发光二极管一般采用环氧树脂，玻璃，塑料等封装，除白色透明材料封装外，还可见到用蓝色透明材料封装的，。红外发光二极管按发光功率的大小，可分为小功率，中功率，大功率三种。另外，红外发光二极管除顶面发光型外，还有侧面发光型。小功率管一般采用全塑封装，也有部分是采用陶瓷底座，顶端用玻璃或环氧树脂透镜封装的，中大功率管一般采用带螺纹金属底座，以便安装散热片。随着发光功率得提高，相应体积的管子也增大。
2.红外光敏二极管原理与结构
我们知道半导体具有光电效应，即用光照半导体，可使半导体的电阻率发生变化。利用半导体的光电效应可以制成光电二极管，不同的半导体材料对不同波长的入射光的响应是不同的。
光敏二极管有顶面受光和侧面受光两种形式。它也是采用塑料、玻璃、环氧树脂等材料封装。
3.红外光敏三极管的结构与原理
红外光敏三极管与普通三极管结构一样，具有两个PN结，一般基极无引线，它可以等效成一个b c结是光敏二极管的三极管。
无光照时，只有很小的集电极-基极漏电流，所以光敏三极管暗电流很小。在光照时，集电极-基极的反向电流就会因光照增大很多。当三极管的电流放大系数为时，光敏三极管的光电流要比相应光敏二极管的光电流大。
4.红外线测距的基本结构
在自主移动机器人的实时避障和路径规划过程中，机器人须依赖于外部环境信息的获取，感知障碍物的存在，测量障碍物的距离。目前，机器人避障和测距传感器有红外、超声波、激光及视觉传感器。激光传感器和视觉传感器价格贵，对控制器的要求较高，因而，在移动机器人系统中多采用红外及超声波传感器。
越障机器人在行进过程中需要不断地获取关于前方障碍的信息，从而对机器人进行有效地控制。由于机器人体积小，对传感器要求精度高，因此采用单片机进行控制。
ATmega16芯片内有8通道、具有10位精度的A/D 转换模块，我们利用这种单片机设计了一个红外测距系统。
由于超声波测距存在盲区问题，故为了解决超声波传感器的盲区问题,系统加入了红外测距传感器模块。该模块由红外发射电路、红外接收电路、RS485通讯、ATmega16芯片、键盘接口电路、报警电路及LED 显示电路等组成。其组成框图如图1所示：
MCU ATmega16
红外发送电路
红外接收电路
报警
RS485LED
显示
键盘接口
图1
5.各硬件电路组成与原理 1.红外发射电路
（1）电路组成：红外发射驱动电路是由一个简单的共射放大电路和一个作为开关的三极管电路组成的模块。电路原理如图2所示
图2红外发射电路
（2）电路工作原理：在共射放大电路中，红外发光二极管TLN205接于共射放大电路的集电极，与基极和发射极相接的二极管起温度补偿作用。控制管脚Vin 与Atmega16
芯片管脚PC4相接。当控制管脚Vin 有信号输入时,控制电路的三极管导通,同时整个电路导通,红外发光二极管TLN205发射出红外光. 2.红外接收电路
(1)电路组成:红外接收驱动电路是由红外接收管TPS708和两个电压串联负反馈模拟运算放大电路组成的模块.
红外接收驱动电路设计为两极放大是因为在许多情况下，输入信号是很微弱的，要把这样微弱的信号放大到足以带动负载，仅用一级电路放大定是做不到的，必须经多级放大，以满足放大倍数和其他性能方面的要求。
并且，根据信号源和负载性质的不同，对各级电路有不同要求，输入级一般要求有尽可能高的输入电阻和较低的静态工作电流。电路图如图3所示：
(2)电路工作原理:
红外发光管TLN205 发射出的红外光,在遇到前面的障碍物反射后,由红外接收管TPS708 接收,此时TPS708 会产生一个与光强相对应的电流。电流经由LM358 两级放大后,在输出端可以得到一个0～3V 的模拟电压,作ATmega16单片机PC4的模拟输入量。单片机在完成初始化和端口选择后,即开始进行A/ D 转换,重复等待与检查转换完成标志值是否已为零,最后将转换结果在LED
上显示出来。
图3 红外接收电路
（3）运算放大电路定量分析：我们采用负反馈模拟运算放大电路，是因为负反馈具有提高增益稳定性、展宽放大器通频带与减少非线性失真和噪音三大优点，并且负反馈还有对相应的输出量进行自动调节作用。根据闭环增益方程
.
..
.
1F
f A +A =
A
求f .
A 对.
A 的导数，得
2
.
.
..
)1(1F d d f A +=
A
A
即微分
2
...
.
)
1(F d d f A +A =A
闭环增益的相对变化量为
.
.
.
.
..
)
1(1A
A ?
A +=
A A f f
f d F d
上式表明，负反馈的引入使放大器的放大倍数稳定性提高到了)1(.
.F A +倍，而且负反馈越深，稳定性越高。
输入信号加在集成运放同相输入断的电路称为同相比例运算电路，在红外接收驱动电路中就采用同相比例运算进行两级放大。下面对同相比例运算电路进行定量分析：
图4
由图4可知
I u u u =≈+- 0==+-i i F I I i =
而 F
I F F R u u R u u i 0
0-=
-=
- 1
1R u R u i I I -=-
=- 所以
1
0R u
R u u I F I -=- 整理得 I F
u R R u )1(1
0+
=
式子表明，输出电压与输入电压I u 之间存在着比例运算关系，比例系数由F R 与1R 的值决定。与集成运放本身的参数无关。
因为输入端通过集成运放的输入电阻接地，故同相比例运算电路的输入电阻很大，
1R 的大小对信号源影响不大，但如果太小，当F R 很小时，会影响输出电压。
若要获得闭环电压放大倍数，由电压放大倍数定义可得：
1
01R R u u F I uf +==
A 若 0=F R 则 I u u =0
即输出电压与输入电压相等，相位相同，此时同相比例运算电路称为电压跟随器。
3.RS485通讯
（1）电路组成：在可移动机器人红外测距系统运行过程中, 通信传输采用标准的RS485计算机数据串行通信方式，通过串口按一定的通信协议接收来自计算机串口RS485的信号，经过处理后按一定的规律传送到显示屏上显示。ATmega16单片机通过RS485通讯系统将红外发射与红外接收等信息传送给上位机，同时上位机的控制信息通过下行链路发送给主控板。RS485通讯接口如图5所示:
图5 RS485通讯
（2）电路工作原理介绍: RS485通讯在应用过程中,采取命令控制字格式与数据传输格式两种合理化建议控制格式。 4.电源
（1）电路组成：该稳压电源由变压电路、整流电路、滤波电路、和稳压电路四大部分组成。电路图如图6所示：
图6 电源
（2）电路工作原理：该电路为交直转换电源电路，首先，由变压器将市电220V交流电变成9V的交流电，再经单相桥式整流电路将交流电变为所需要的直流电，后再经滤波电路、7805稳压器把不稳定的直流电压变为稳定的直流5V电压输出，供整个红外测距模块使用。
5. ATmega16单片机
（1）ATmega16芯片组成：芯片内部结构图如图7所示：
图7芯片内部结构图
（2）ATmega16芯片工作原理：本系统采用ATmega16单片机作为中央处理器。其主要任务是扫描键盘输入的信号启动机器人，在机器人行走过程中不断读取传感器采集到的数据，将得到的数据进行处理后，根据不同的情况产生占空比不同的PWM脉冲来控制电机，同时将相关数据送显示单元动态显示，产生声光报警信号。其中I/O分配如下表所示：
引脚引脚分配
PA0…PA7 LED控制字
PB5、PB6、PB7、RESET 下载接口
PB5、PB6、RESET 键盘接口
PC0…PC3 LED控制位
PC4 发射电路接口 PC5 接收电路接口
XTAL1 反向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端
XTAL2 反向振荡放大器的输出端
PC6
报警电路接口
二、设计参数
1.红外发光二极管的主要参数
（1）正向工作电流f I
是指红外发光二极管长期工作时，允许通过的最大平均电流，因为电流通过PN 结时，要消耗一定的功率而引起管子发热，如管子长期超过f I 运行，会因过热而烧毁，因此，使用的最大平均正向工作电流不得超过f I 。
（2）光功率P
是指输入到发光二极管的电功率转化为光输出功率的那一部分。光功率越大，发射距离越远。
（3）峰值波长p λ
是指红外发光二极管所发出近红外光中，光强最大值所对应的发光波长，在选用红外接收管时，其受光峰值波长应尽量靠近p λ。
（4）反向漏电流r I
是指管子未被反向击穿时反向电流的大小，希望它越小越好。 （5）响应时间t0
由于红外发光二极管PN 结电容的存在，影响了它的工作频率。现在，红外发光二极管的相应时间一般为S S 7610~10--最高工作频率为几十MH Z 。
2.光敏二极管的主要参数 （1）光电流IL
是指在一定反向电压下，入射光强为某一定值时流过管子的电流。光敏二极管的光电流一般为几十μA ，并与入射光强成正比。
（2）暗电流ID
是指在一定反向电压下，无光照时流过管子的电流。一般在50V 反压下，ID 小于0.1μA 。
（3）反向工作电压UR
是指在无光照时，光敏二极管反向电流小于0.2μA-0.3μA 时，允许的最高反向工作电压，一般在10V 左右，最高可达几十伏。
（4）峰值波长λp
是指光敏二极管光谱响应最灵敏的波长范围，一般为0.88μM-0.94μM 。 3.红外光敏三极管的主要参数 （1）最大功耗PM
是指光敏三极管能够安全工作而不致损坏的最大耗散功率，光敏三极管的最大功耗一般为几十mW mW 100~。
（2）最高工作电压UBRCE
是指在光照射时，在管子不被击穿的前提下集电极与发射极之间的最高工作电压，一般为10V-几十V。
光电三极管的其它参数，如光电流IL暗电流ID等与光敏二极管定义相同。三、设计流程图
开始
ATmega16单片机初始化
A/D转换子程序
电压-距离转换子程序
精度计算子程序
显示子程序
主程序流程图
主程序主程序按键中断
有键按下
按键是否按下
延时消抖
返回
延时消抖
判断键值
N
Y
Y
Y
N
N
按键流图
四、设计方法的改进
红外传感器由发送器和接收器两部分组成，在发送器和接收器之间有一定的有限视场。传感器只能检测到那些位于发射器视场和接收器视场的交叉区域内的障碍物，因此，单个的红外接近觉传感器不可避免地存在多个盲区。
大部分红外接收器在检测区域内有障碍物时输出低电压信号，反之输出高压信号。某些类型的物体有可能误导红外接收器，其中包括表面发亮的物体，光线吸收能力强的物体以及那些交叉部分太小以至于不能将足够的红外线从发送器反射至接收器的物体。
如果采用多个红外发送器和接收器就可以减少盲区的数量。由于发送器和接收器的价格都非常低，因此采用多套红外传感器是完全可行的。然而，无论实现过程如何完美，系统性能总会受到环境的影响。表面暗淡，光亮或者体积较小的物体都会经常使接收器产生漏报错误；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，从而也会导致传感器发生漏报情况。
通常情况下，红外传感器很少产生误报错误。在系统正常情况下，所出现的误报错误通常来源于其他一些意想不到的红外噪声信号。例如：日光灯。原则上来讲，接收器无法判断其输出信息是否可靠；然而，如果接收器输出的障碍存在信号持续时间过短，完全可以认为这是噪声假信号造成的。
各程序设计函数说明
1.主程序模块
/*****************************************************************/ // projection :
// Author Name :
// Last modify time: 2007-6-20 15:18:53
// Target IC : M16
// Crystal : 8.0000Mhz
/******************************************************************/ /******************** 头文件引用 ********************************/ #include
#include
/************* 定义引申变量类型************************* *********/ #define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
/******************** 系统常量定义 ******************************/ …………………………………………………………………………………….
/********************** 定义结构体 ******************************/ …………………………………………………………………………………….
/******************* 定义全局变量 *******************************/ ……………………………………………………………………………………
/******************* 定义函数************************************/ …………………………………………………………………………………….
void main()
{
port_init s( );
uart0_init( );
LEDSCAN( );
ad_handler( );
ADMUX=0x00; //选择第0通道
ADCSR=0x86; //采用单次转换模式，64分频 ADCSR |=BIT(ADSC); //启动一次哑转换
SREG=0x80; //开中断
ADCSR |=BIT(ADSC); //启动一次转换
keyint();
DDRB&=~BIT(PB0); //设置键盘输入，无上拉
DDRB&=~BIT(PB1);
DDRB&=~BIT(PB2);
GIMSK=0x40; //开外部中断0
MCUCR=0x30; //设置上升中断触发
SREG=0x80; //开中断
while(1) //等待中断
{
KEYPRESSED ( );
WDR( );
}
}
2.设定输入/ 输出引脚
ATmega16单片机C口的8个端口作为数据输出使用,同时将A口的PA0引脚设定为模拟电压输入。系统初始指令如下所示:
/************************** 端口初始化 **************************/
Void port_init(void)
{
//端口A
DDRA = 0x07;
PORTA = 0xFF;
//端口B
DDRB= 0xF7;
PORTB = 0xFF;
//端口C
DDRC= 0x00;
PORTC = 0xFF;
//端口D
DDRD= 0x07;
PORTD= 0xFF;
}
3.A/ D 转换模块
ATmega16 单片机采用中断方式，ADC按自由模式工作，自第一次置位ADSC开始，ADC 就连续不断进行采样转换，数据更新。A/ D 转换的程序如下:
/************************** 定时器/计数器初始化 *****************/
void timer2_init(void)
{
TCCR2 = 0x00; //停止
ASSR = 0x00; //设置异步模式
OCR2 = 0x7D;
TCCR2 = 0x04; //开始
}
/************************** 启动A/D转换*********************/
#pragma interrupt_handler timer2_ovf_isr:5
void timer2_ovf_isr(void)
{
TCNT2 = 0x83; //加载计数值
delay_counter ++; //用于毫秒级延时
pwm_ctrler( &l_trap, &r_trap );
}
/*********************模拟转换完成中断************************/
#pragma interrupt_handler ad_handler:15
void ad_handler(void)
{
addata=ADC>>2;
PIRTB=addata;
ADCSR |=BIT(ADSC); //启动下一次转换}
4.LED动态扫描显示模块
ATmega16单片机的PA4~PA7为位控口，PC口为段控口输出，LED动态扫描显示子程序如下所示
/******************** LED 动态扫描显示 **********************/
Void LEDSCAN(*disdata)
{
PORTA|=0X10; //显示第一位数据
PORTC= disdata[0];
Delay(10); //延时1ms
PORTA&=0X10; //关闭第一位数据
PORTA|=0X20; //显示第二位数据 PORTC= disdata[1];
Delay(10); //延时1ms
PORTA&=0X20; //关闭第二位数据
PORTA|=0X40; //显示第三位数据 PORTC= disdata[2];
Delay(10); //延时1ms
PORTA&=0X40; //关闭第三位数据
PORTA|=0X80; //显示第四位数据 PORTC= disdata[3];
Delay(10); //延时1ms
PORTA&=0X80; //关闭第四位数据}
5.UART 操作的基本函数
UART初始化及收/发操作程序如下所示：
/******************** 串口初始化 ***************************/
//UART0 initialisation
// desired baud rate: 9600
// actual: baud rate:9615 (0.2%)
// char size: 8 bit
// parity: Disabled
void uart0_init(void)
{
UCSRB = 0x00; //设定波特率
UCSRA = 0x00;
UCSRC = 0x86;
UBRRL = 0x00; //设定波特率低位
UBRRH = 0x00; //设定波特率高位
UCSRB = 0x98;
}
/******************** 串口发送程序 ***********************/
void USART_Transmit(uchar x)
{
while(!(USR&0x20)) ; //等待数据寄存器空
UDR=x;
}
/******************** 串口接收程序 ***********************/
#pragma interrupt_handler uart0_rx_isr:12
void uart0_rx_isr(void)
{
uchar command,dataLen;
uchar i;
CLI();
command = UDR;
if ( command== 0x01 )
{
while( !( UCSRA & BIT( RXC ) ) );
dataLen = UDR;
for( i = 0; i < dataLen; i ++ )
{
while( !( UCSRA & BIT( RXC ) ) );
rbuf[i] = UDR;
}
}
SEI( );
}
6.键盘处理模块
将每个按键的一端接地，另一端除了连接到PB0、PB1、PB2端口外，还连接到了一个与非门上。当3个按键中任何一个按键按下时，与非门的输出都为高电平，从而使单片机产生中断。
/******************** 键盘接口程序 ***************************/
void delay(uchar x) // 延时子程序
{
uchar j;
while((x--)!=0)
{
for(j=0;j<125;j++)
{
;
}
}
}
uchar KEYPRESSED(void) //判断是有按键按下，有键按下返回1，否则返回0 {
uchar key;
key=PINB;
key=key |0xf0;
if(key==0xFF)
return 0;
else
return 1;
}
//键盘扫描子程序
uchar key=0;
delay(10); //延时消抖
if((KEYPRESSED())= =1) //如有键按下，查询键值
{
key=PINB;
key=key |=0xf0;
if(key= =0xf4)
{
key=1;
}
else if(key= =0xf2)
{
key=2;
}
else if(key= =0xf1)
{
key=3;
}
else
{
key=0;
}
do{
}while((KEYPRESSED( ))= =1); //等待键释放
delay(10); //延时消抖
}
return key; //返回键值，如为干扰，返回20 }
#pragma interrupt_handler keyin :2 //中断服务程序void keyint(void)
{
uchar keycode;
if((KEYPRESSED(void))==1
keycode=KEYSCAN(void);
switch(keycode)
{
case 1:
………. case 2
……….
}
}
红外测距传感器：Sharp红外传感器的原理以及使用技巧 2009-02-23 21:20 在过去几年中，Sharp开发了很多种红外距离传感器。这些传感器不但体积小，功耗也很低。这篇文章就简单的介绍一下这些传感器的不同点，使用方法，接口方法以及一些使用上的小技巧。 工作原理： Sharp的红外传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，如图1所示。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。
图1：三角测量原理 可以看到，当D的距离足够近的时候，L值会相当大，超过CCD的探测范围，这时，虽然物体很近，但是传感器反而看不到了。当物体距离D很大时，L值就会很小。这时CCD检测器能否分辨得出这个很小的L值成为关键，也就是说CCD 的分辨率决定能不能获得足够精确的L值。要检测越是远的物体，CCD的分辨率要求就越高。 非线性输出： Sharp GS2XX系列的传感器的输出是非线性的。没个型号的输出曲线都不同。所以，在实际使用前，最好能对所使用的传感器进行一下校正。对每个型号的传感器创建一张曲线图，以便在实际使用中获得真实有效的测量数据。下图是典型的Sharp GP2D12的输出曲线图。 图2：Sharp GP2D12输出曲线 从上图中，可以看到，当被探测物体的距离小于10cm的时候，输出电压急剧下降，也就是说从电压读数来看，物体的距离应该是越来越远了。但是实际上并不是这样的，想象一下，你的机器人本来正在慢慢的靠近障碍物，突然发现障碍
红外线测距仪测量原理 测距仪是一种航迹推算仪器，用于测量目标距离，进行航迹推算。测距仪的形式很多，通常是一个长形圆筒，由物镜、目镜、测距转钮组成，用来测定目标距离。测距仪是根据光学、声学和电磁波学原理设计的，用于距离测量的仪器。 红外测距仪的分类有激光红外，红外和超声波三种，目前测距仪主要是指的激光红外测距仪，红外测距仪和超声波测距仪由于测量距离有限，测量精度很低目前已经被淘汰。激光红外测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光红外测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。 测距仪有测量距离和测量精度，同时又是电子设备，所以品牌的选择非常重要，国际知名品牌的测距仪，在性能上会远优于杂牌的激光红外测距仪。 一．测距仪分类 测距仪从测距基本原理，可以分为以下三类： 1. 激光测距仪 激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。 激光测距仪是目前使用最为广泛的测距仪，激光测距仪又可以分类为手持式激光测距仪（测量距离0-300米），望远镜激光测距仪（测量距离500-20000米）。 目前市面上主流的都是激光测距仪，手持式激光测距仪全球前两大品牌是徕卡和博世，右图就是一款主流的手持式激光测距仪。 望远镜激光测距仪，为远距离激光测距仪，目前在户外使用相当广泛，望远镜激光测距仪全球前四大品牌是图雅得、博士能、奥尔法和尼康。四个品牌在产品上各有特点，2013年，美国激光技术杂志公布的数据，2013年全球单品销售冠军是图雅得SP1500，这款测距仪测量精准，反应速度快捷。 2. 超声波测距仪
武汉大学珞珈学院本科生毕业论文（设计）开题报告 论文题目：基于单片机的红外测距系统设计 系：电子信息科学系学号： 20100802041 姓名：钱源 一、论文选题的目的和意义 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。 二、国内外关于该论题的研究现状和发展趋势 （1）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
基本原理 红外线发射器不断发射出频率为40 kHz 的红外线,经障碍物反射,红外线接收器接收到反射波信号,并将其转变为电信号。测出发射波与接收到反射波的 时间差t ,即可求出距离s : s =12 ct (1) 式中, c 为光速度,一般取3 ×108 m/ s。本文采用“计数”方式,通过单片机处理进行测量,其基本原理是:红外线发射器始终处于发射红外线的状态,当红外接收器第一次接收到障碍物反射回的红外线时,经电路处理单片机给出一个计数启动信号,单片机的计数器开始以一定频率计数;当红外线接收器第二次接收到反射回的红外线时,经电路处理单片机给出一个停止计数脉冲,计数器停止计数。通过编程,单片机自动处理,用脉冲的周期T 乘以脉冲数n 就得到发射 红外线到接收红外线的时间差t ,即: t = nT (2) (2) 式代入(1) 式就得测量距离。 系统的建立 根据以上的测距原理,设计出系统的基本框图如图1 图1 红外线测距系统基本框图 红外发射电路发射出40 kHz 频率的红外线,当遇到障碍物红外线发生漫反射,红外线接收电路第一次接收到反射的红外线时,给单片机一个信号脉冲,启动单片机内的计数器,计数器置位进入计数状态;当接收电路第二次接收到反射器的红外线时,经单片机处理给出一个信号脉冲,使计数器停止计数,数据被锁存,然后经单片机处理,将测量的距离显示在显示器上。 基本特点 本文研究的汽车红外防撞系统吸收了国内外各种测距仪的部分特点,结合我国汽车电子工业发展方向和现有电子技术基础上而设计出来的,具有以下特点: 1) 汽车在行进中能自动连续跟踪显示障碍物的距离; 2) 在交通量较大的高速公路的车间距离一般为30～50 m ,本装置设置极限全距离为30 m , 当探测的车间距为30 m 时,发出警告声提醒驾驶员注意刹车; 3) 探测的车间距为20 m 时,给出自动刹车信号; 若装有自动刹车装置,则自动刹车减速。
信息工程学院实验报告 课程名称： 传感器原理及应用 实验项目名称： 实验二 红外测距传感器实验 实验时间： 班级： 姓名： 学号： 一、实 验 目 的 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
(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GND VCC：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：
●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A VDD5 ●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 本次实验中主要涉及到ADC模块的寄存器：
数据的换算： 例如：在CC2530 中配置ADC 的参考电压为A VDD5(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 / 2048 3. 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。
光学测距原理 1.利用红外线测距或激光测距的原理是什么？ 测距原理基本可以归结为测量光往返目标所需要时间，然后通过光速c = 299792458m/s 和大气折射系数n 计算出距离D。由于直接测量时间比较困难，通常是测定连续波的相位，称为测相式测距仪。当然，也有脉冲式测距仪，典型的是WILD的DI-3000 需要注意，测相并不是测量红外或者激光的相位，而是测量调制在红外或者激光上面的信号相位。 建筑行业有一种手持式的测距仪，用于房屋测量，其工作原理与此相同。 2.被测物体平面必须与光线垂直么？ 通常精密测距需要全反射棱镜配合，而房屋量测用的测距仪，直接以光滑的墙面反射测量，主要是因为距离比较近，光反射回来的信号强度够大。与此可以知道，一定要垂直，否则返回信号过于微弱将无法得到精确距离。 3.若被测物体平面为漫反射是否可以？ 通常也是可以的，实际工程中会采用薄塑料板作为反射面以解决漫反射严重的问题。 4.若以超声波测距代替是否可以让物体延一墙壁运动并测出与对面墙的距离？ 此问题搞不懂你的意图，超声波测距精度比较低，现在很少使用。 激光测距（即电磁波，其速度为30万公里/秒），是通过对被测物体发射激光光束，并接收该激光光束的反射波，记录该时间差，来确定被测物体与测试点的距离。 激光测距仪一般采用两种方式来测量距离:脉冲法和相位法。相位测距技术的测距精度高,但作用距离有限,主要用于高精度大地测量。众所周知，光在给定介质的传播速度是一定的，因此，通过测量光在参考点和被测点之间的往返传播时间，即可给出目标和参考点之间的距离。 相位测距法是通过强度调制的连续光波在往返传播过程中的相位变化来测量光束的往返传播时间，其计算公式如下： t=Φ/2πf 式中，t为光波往返传播时间（s）；Φ为调制光波的相位变化量（rad）; f为调制频率（Hz）。 光的往返传播时间得到后，目标至参考点的距离可由下式求得 R=(c/2)×(Φ/2πf)=(λ/2)×(Φ/2π) 式中，R为目标至参考点距离（m）；c为光波传播速度（m/s）；λ为调制光波波长（m）。 相位位移是以2π为周期变化的，因此有 Φ=（N+△n）.2π 式中，N为相位变化整周期数；△n为相位变化非整周期数。
光电检测技术与应用 论文 题目：红外测距传感器的工作原理及使用 院系：机电工程学院 班级：测控xxxx 完成日期：2017/5/6 小组：第x组 小组成员：xxxxxxxxxx 红外测距传感器的工作原理及使用 摘要： 利用光的反射性质，将光学系统与电路系统相结合可以制作避障传感器，通过单片机的控制，可以完成智能车在运行过程中，对障碍物的处理。避障传感器基本原理：利用物体的反射性质。在一定范围内，如果没有障碍物，发射出去的红外线，因为传播距离越远而逐渐减弱，最后消失。如果有障碍物，红外线遇到障碍物，被反射到达传感器接收头。传感器检测到这一信号，就可以确认正前方有障碍物，并送给单片机，单片机进行一系列的处理分析，协调车轮或者舵机工作，完成躲避障碍物的动作。 关键字：光电检测技术、智能车、测距、红外测距传感器、单片机 一、引言 光电检测作为光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术，主要包括光信息获取、光电变换、光信息测量以及测量信息的智能化处理等，具有精度高、速度快、距离远、容量大、非接触、寿命长、易于自动化和智能化等优点，在国民经济各行业中得到了迅猛的发展和广泛的应用，如光扫描、光跟踪测量，光纤测量，激光测量，红外测量，图像测量，微光、弱光测量等，是当前最主要和最具有潜力的光电信息技术。
二、光电检测技术的概念 光电检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术。它主要利用电子技术对光学信号进行检测，并进一步传递、储存、控制、计算和显示。光电检测技术从原理上讲可以检测一切能够影响光量和光特性的非电量。它可通过光学系统把待检测的非电量信息变换成为便于接受的光学信息，然后用光电探测器件将光学信息量变换成电量，并进一步经过电路放大、处理，以达到电信号输出的目的。然后采用电子学、信息论、计算机及物理学等方法分析噪声产生的原因和规律，以便于进行相应的电路改进，更好地研究被噪声淹没的微弱有用信号的特点与相关性，从而了解非电量的状态。微弱信号检测的目的是从强噪声中提取有用信号，同时提高测系统输出信号的信噪比。 光电检测技术的系统机构比较简单，分为信号的处理器，受光器，光源。在实际检测过程中，受光器在获得感知信号后，就会被反映为不同形状、颜色的信号，同时根据这些器件所处在的不同位置，就能够将他分为反射型与透过型的两种比较的模式。光电检测的媒介光应当是自然的光，例如白炽灯或者萤光灯。特别是随着这些技术的发展，光电技术也取得的非常好发展。由于投光器在发出光后，会以不一样的方式触摸这些被检测物中，直到照射到检测系统中的受光器中，同时受光器在此刺激下，会产生一定量的电流，这就是我们常说的光敏性的原件，实际生活中应用比较广泛的有三极管、二极管。 三、光电检测技术的应用 智能车方面的应用、家庭扫地机器人方面的应用:利用光的反射性质，将光学系统与电路系统相结合可以制作避障传感器，通过单片机的控制，可以完成智能车在运行过程中，对障碍物的处理。避障传感器基本原理：利用物体的反射性质。在一定范围内，如果没有障碍物，发射出去的红外线，因为传播距离越远而逐渐减弱，最后消失。如果有障碍物，红外线遇到障碍物，被反射到达传感器接收头。传感器检测到这一信号，就可以确认正前方有障碍物，并送给单片机，单片机进行一系列的处理分析，协调车轮或者舵机工作，完成躲避障碍物的动作。 四、常用光电检测器件：红外测距传感器 原理：其输出为电压数值，通过公式L?=?(6762/(9-X))-4可计算出小车与障碍物之间的距离。
基于STM32的红外测距系统设计 摘要 随着现代科学技术的发展，出现了很多新的领域，为了实现对物体近距离、高精度的无线测量，本论文对红外测距领域进行了研究。本论文采用单片机作为处理器，编写A/D转换程序及LCD显示程序，红外传感器作为工作模块，完成一套高精度显示、实时测量的红外测距系统。本系统结构简单、体积小、测量精度高、成本低、方便使用。 本论文所介绍的是一种基于STM32单片机并运用日本夏普公司型号为GP2Y0A21的红外传感器所设计的红外测距系统。首先，介绍红外线及红外传感器的分类及应用、STM32单片机的简介与功能；其次，阐述红外测距系统工作原理及基本结构并对单片机、红外传感器、LCD液晶显示屏的工作电路做了介绍；再次，对系统进行了整体设计构想，先后对系统硬件及软件进行设计，并对整个系统的功能进行了调试。最后对整个设计进行总结，说明红外测距系统实现的可行性。 关键词红外测距；单片机；A/D转换；LCD
STM32-based infrared ranging system design Abstract With the development of modern science and technology, there are many new areas, in order to achieve the object close range, high-precision wireless measurement，this topic of infrared ranging is studied. This topic using SCM as the processor, to write A/D converter and LCD display program, an infrared sensor as a working module, complete set of precision display, real-time measurement of infrared ranging system. This system has the advantages of simple structure, small size and high accuracy, low cost and convenient use. This paper introduced is based STM32 microcontroller and use of Japan's Sharp Corporation model GP2Y0A21 infrared sensor designed infrared ranging system. Firstly, introduce the classification and application of infrared distance measurement，it also introduces the function of STM32 microcontroller. Then illustrate the work theory and basic structure of it and introduce the LCD screen and work circuit. Again, the system has carried on the overall design idea, successively on the system hardware and software design, and probes into the function of the whole system debugging. Finally, summarize the entire design to illustrate the feasibility of infrared distance measurement. Keywords Infrared range, SCM, A/D converter, LCD
测距传感器编辑 本词条缺少信息栏、名片图，补充相关内容使词条更完整，还能快速升级，赶紧来编辑吧！超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。 目录 1分类 2原理 3应用 1分类 编辑 超声波测距传感器 激光测距传感器 红外线测距传感器 24GHZ雷达传感器 2原理 编辑 超声波测距传感器原理： 超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质 24GHZ雷达传感器RFbeam 或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。激光测距传感器工作原理： 激光传感器工作时，先由激光二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号。记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，即可测定目标距离。激光传感器必须极其精确地测定传输时间，因为光速太快。 红外线测距传感器工作原理： 红外测距传感器利用红外信号遇到障碍物距离的不同反射的强度也不同的原理，进行障碍物远近的检测。红外测距传感器具有一对红外信号发射与接收二极管，发射管发射特定频率的红外信号，接收管接收这种频率的红外信号，当红外的检测方向遇到障碍物时，红外信号反射回来被接收管接收，经过处理之后，通过数字传感器接口返回到机器人主机，机器人即可利用红外的返回信号来识别周围环境的变化 24GHZ雷达测距传感器原理： FSK测运动物体[1] FMCW测静止和运动物体 [1]
文章简介测距仪是一种航迹推算仪器，用于测量目标距离，进行航迹推算。测距仪的形式很多，通常是一个长形圆筒，由物镜、目镜、测距转钮组成，用来 测定目标距离。测距仪是根据光学、声学和电磁波学原理设计的，用于距离测 量的仪器文章详细内容 那什么是测距仪呢？原理是什么？市面上有哪些测距仪，下文将详细进行介绍。一．测距仪分类 测距仪从测距基本原理，可以分为以下三类： 1. 激光测距仪 激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光测距仪在 工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时 器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。 激光测距仪是目前使用最为广泛的测距仪，激光测距仪又可以分类为手持 式激光测距仪（测量距离0-300米），望远镜激光测距仪（测量距离500-20000米）。目前市面上主流的都是激光测距仪，手持式激光测距仪全球 前两大品牌是徕卡和博世，右图就是一款主流的手持式激光测距仪。望远 镜激光测距仪，为远距离激光测距仪，目前在户外使用相当广泛，望远镜激光 测距仪全球前四大品牌是图雅得、博士能、奥尔法和尼康。四个品牌在产品上 各有特点，2011年，美国激光技术杂志公布的数据，2011年全球单品销售冠军是图雅得YP900，这款测距仪测量精准，反应速度快捷。 2. 超声波测距仪 超声波测距仪是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的。超声 波发射器向某一方向发射超声波，在发射同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即中断停止计时。通过不断检测产生波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射超声波和 接收到回波的时间差T，然后求出距离。超声波测距仪，由于超声波受 周围环境影响较大，所以一般测量距离比较短，测量精度比较低。目前使用范 围不是很广阔，但价格比较低，一般几百元左右。 3. 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。利用的是红 外线传播时的不扩散原理：因为红外线在穿越其它物质时折射率很小，所以长 距离的测距仪都会考虑红外线，而红外线的传播是需要时间的，当红外线从测 距仪发出碰到反射物被反射回来被测距仪接受到再根据红外线从发出到被接受 到的时间及红外线的传播速度就可以算出距离
红外测距系统的基本结构 该系统主要由红外发射电路、红外接收电路、A/D转换电路，AT89C52芯片、键盘接口电路及LCD显示电路等组成。其组成框图如图所示 红外测距系统工作流程 在整个红外测距系统工作中，当系统被接入启动电源后，首先，对STM32单片机进行初始化，当单片机接收到红外传感器 GP2Y0A21传输的模拟电压信号后，经过A/D转换电路，将输入单片机的模拟电压信号Vout转换为单片机可识别的数字信号，并经过电压距离转换程序，转换出要测量的距离，然后通过10次均值滤波来提高测量的精确度，最后在通过液晶显示屏LCD显示出测量结果。 为了实现红外测距，在硬件设计中，我们可以使红外发射驱动电路驱动发射头的红外二极管发出红外光，当红外光由红外接收驱动电路驱动红外接收头的光敏二极管接收到，并通过电压转换，将其转换为可测量的电压值，因为红外光的强度会随距离的缩小而增强，红外接收电路转化的电压值会随之增强。又因为电压与距离成比例，通过对转换的电压的计算，我们可以知道红外发射模块与接收模块的距离。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。通过键盘接口可以实现距离的测量与面积的计算。
系统硬件结构电路图 红外测距的硬件设计红外收发模块 红外发送管是用于发送信号,经过障碍物将信号反射,红外接收管接收到反射回来的信号,然后根据信号强弱将对应的电压值显示在显示模块上,并将此时的距离记录下来。然后整改程序，用红外收发模块进行测距，就可在显示模块上显示出红外接收管接收的 信号强度对应的距离值。 如图所示GP2Y0A02YK0F有3个端口，其中VCC接信号输入，VO接MCP3001的IN+，GND接地线。GP2Y0A02YK0F测量范围在20cm-150cm之间，测量误差小于0.5cm。是一个距离测量传感器单元，PSD的集成组合构成（位置敏感探测器），IRED（红外发光二极管）和信号原理电路。由于采用三角测量方法，各种物体的反射率，对环境 温度和工作时间距离检测不容易产生影响。 复位系统 单片机复位系统就是让程序计数器回到0000h这个地址，程序重头开始执行，将一些 寄存器、存储单元都置为初始设定值，单片机复位的形式有很多种，比如上电复位、 看门狗复位、手动复位等等。本开发板运用的是外接电路来手动复位，如图8所示，STM32单片机采用低电平复位，使复位开关RESET按下单片机接入低电平即完成复位操作。 A/D转换模块 A/D 转换器按照转换的原理可分为直接A/D 转换器和间接A/D 转换器两种类型。直接A/D 转换器，就是把模拟信号直接转换成数字信号，比如逐次逼近型。间接A/D 转换
红外测距传感器的原理与设计 摘要：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。为了实现物体近距离、高精度的无线测量，我采用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、显示以及与PC机的通信程序，开发了一套便推式的红外距离测量系统，系统可以高精度的实时显示所测的距离，并且可以将距离量通过串口发送到PC机显示处理、本系统结构简单可靠、体积小、测量精度高、方便使用，另外本系统形成了一套完善的软硬件开发平台，可以进行扩展、移植和做进一步的开发。 关键词：红外测距；68HC11E1；A/D转换；
Principle and design of the infrared distance sensor Abstract：The development of modern science and technology, into many new areas, has a laser The development of modern science and technology, into many new areas, has a laser range finder in the ranging aspects, ranging of microwave radar, ultrasonic ranging and infrared ranging. In order to achieve the objects at close range, high-precision wireless measurement, I used the infrared transmitter receiver module as the distance sensor, microcontroller as the processor to write the A / D conversion, display and communication with the PC program, developed a will to push infrared distance measurement systems, high-precision real-time system can display the measured distance, and distance measuring can be sent through the serial port to a PC display processing, the system structure is simple and reliable, small size, high accuracy, ease of use, while this system the formation of a complete set of hardware and software development platform can be extended, transplantation, and further development. Key words:Infrared distance; 68HC11E1; A / D conversion;
本科生课程论文 论文题目红外光电测距系统设计 课程名称光电系统设计 学生姓名谷幸东、郭晓龙、何志毅、胡健辉学号201211911309、10、11、12 所在学院理学院 所在班级电科1123班 指导教师汤照
目录 第一章绪论 (1) 1.1 红外线概述 (1) 1.2 红外传感器的分类 (1) 1.3 红外传感器的应用 (2) 1.4 AT89C52单片机概述 (3) 1.5 MCP3001简介 (6) 第二章红外测距的工作原理与基本结构 (8) 2.1 红外测距传感器简介 (8) 2.2 红外线测距的工作原理 (9) 2.4红外测距传感器接线 (10) 2.5 红外测距系统的基本结构 (11) 第三章红外测距的硬件设计 (11) 3.1 红外测距的实现构想 (11) 3.2 系统硬件结构电路图 (12) 3.3 各硬件电路设计 (13) 3.3.1 复位电路 (13) 3.3.2 时钟电路 (13) 3.3.3 A/D转换电路 (14) 3.3.4 LCD显示电路 (15) 第四章红外测距的软件设计 (15) 4.1 系统软件结构框图 (15) 4.2 软件程序设计 (16) 4.3 源代码 (17) 第五章仿真测试 (27) 5.1系统的软件的调试仿真 (27) 第六章PCB图及元器件清单 (29) 6.1 PCB图 (29) 6.2 元器件清单 (29) 第七章课程设计任务分工及个人心得体会 (30) 7.1任务分工 (30) 7.2 设计心得体会 (30)
第一章绪论 1.1 红外线概述 红外辐射俗称红外线，又称红外光，它是一种人眼看不见的光线。但实际上它和其他任何光线一样，也是一种客观存在的物质。任何物体，只要它的湿度高于绝对零度，就有红外线向周围空间辐射。它的波长介于可见光和微波之间。红外辐射的物理本质是热辐射。物体的温度越高，辐射出来的红外线越多，红外辐射的能量就越强。研究发现，太阳光谱各种单色光的热效应从紫色光到红色光是逐渐增大的，而且最大的热效应出现在红外辐射的频率范围内，因此人们又将红外辐射称为热辐射或热射线。 目前红外发射器件（红外发光二极管）发出的是峰值波长0.88uM~0.94uM之间的近红外光，红外接收器件（光敏二极管、光敏三极管）的受光峰值波长为0.88uM~0.94uM之间，恰好与红外发光二极管的光峰值波长相匹配。红外线在通过云雾等充满悬浮离子的物质时不易发生散射，有较强的穿透能力，还具有抗干扰能力强、易于产生、对环境影响小、不会干扰临近的无线电设备的特点，因而被广泛应用。 1.2 红外传感器的分类 常见红外传感器可分为热传感器和光子传感器。 1）热传感器
现在市面上的测距仪主要分为三类：激光测距仪、超声波测距仪、红外测距仪，我们介绍对测距仪原理的分析也主要介绍这三种。1. 激光测距仪 激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。 激光测距仪是目前使用最为广泛的测距仪，激光测距仪又可以分类为手持式激光测距仪（测量距离0-300米），望远镜激光测距仪（测量距离500-3000米）。 激光测距原理就是激光发射机发出一束激光,激光遇到物体后反射回来,接收机收到反射回来的激光,计算自发出激光到收到激光的时间,用此时间乘以激光的速度再除以2就是测距仪到被测物体见的距离 2. 超声波测距仪 超声波测距仪是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即中断停止计时。通过不断检测产生波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射超声波和接收到回波的时间差T，然后求出距离L。 超声波测距仪，由于超声波受周围环境影响较大，所以一般测量距离比较短，测量精度比较低。目前使用范围不是很广阔，但价格比较低，一般几百元左右。 3.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。利用的是红外线传播时的不扩散原理：因为红外线在穿越其它物质时折射率很小，所以长距离的测距仪都会考虑红外线，而红外线的传播是需要时间的，当红外线从测距仪发出碰到反射物被反射回来被测距仪接受到再根据红外线从发出到被接受到的时间及红外线的传播速度就可以算出距离
三角法红外测距原理介绍 工作原理： Sharp的红外传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，如图1所示。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。 图1：三角测量原理
可以看到，当D的距离足够近的时候，L值会相当大，超过CCD的探测范围，这时，虽然物体很近，但是传感器反而看不到了。当物体距离D很大时，L值就会很小。这时CCD检测器能否分辨得出这个很小的L 值成为关键，也就是说CCD的分辨率决定能不能获得足够精确的L值。要检测越是远的物体，CCD的分辨率要求就越高。 非线性输出： Sharp GS2XX系列的传感器的输出是非线性的。没个型号的输出曲线都不同。所以，在实际使用前，最好能对所使用的传感器进行一下校正。对每个型号的传感器创建一张曲线图，以便在实际使用中获得真实有效的测量数据。下图是典型的Sharp GP2D12的输出曲线图。 图2：Sharp GP2D12输出曲线 从上图中，可以看到，当被探测物体的距离小于10cm的时候，输出电压急剧下降，也就是说从电压读数来看，物体的距离应该是越来越远了。但是实际上并不是这样的，想象一下，你的机器人本来正在慢慢的靠近障碍物，突然发现障碍物消失了，一般来说，你的控制程序会让你的机器人以全速移动，结果就是，"砰"的一声。当然了，解决这个方法也不是没有，这里有个小技巧。只需要改变一下传感器的安装位置，使它到机器人的外围的距离大于最小探测距离就可以了。如图3所示:
三角法红外测距原理介绍 Sharp的红外传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，如图1所示。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。 图1：三角测量原理 可以看到，当D的距离足够近的时候，L值会相当大，超过CCD的探测范围，这时，虽然物体很近，但是传感器反而看不到了。当物体距离D很大时，L值就会很小。这时CCD检测器能否分辨得出这个很小的L值成为关键，也就是说CCD的分辨率决定能不能获得足够精确的L值。要检测越是远的物体，CCD
的分辨率要求就越高。 Sharp GS2XX系列的传感器的输出是非线性的。没个型号的输出曲线都不同。所以，在实际使用前，最好能对所使用的传感器进行一下校正。对每个型号的传感器创建一张曲线图，以便在实际使用中获得真实有效的测量数据。下图是典型的Sharp GP2D12的输出曲线图。 从上图中，可以看到，当被探测物体的距离小于10cm的时候， 输出电压急剧下降，也就是说从电压读数来看，物体的距离应该是 越来越远了。但是实际上并不是这样的，想象一下，你的机器人本 来正在慢慢的靠近障碍物，突然发现障碍物消失了，一般来说，你 的控制程序会让你的机器人以全速移动，结果就是，"砰"的一声。 当然了，解决这个方法也不是没有，这里有个小技巧。只需要改变 一下传感器的安装位置，使它到机器人的外围的距离大于最小探测 距离就可以了。如图3所示: 图2：Sharp GP2D12输出曲线
1、组成： 红外线传感器包括光学系统、检测元件和转换电路。 2、分类： 光学系统按结构不同可分为透射式和反射式两类。检测元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检测元件。热敏元件应用最多的是热敏电阻。热敏电阻受到红外线辐射时温度升高，电阻发生变化，通过转换电路变成电信号输出。光电检测元件常用的是光敏元件，通常由硫化铅、硒化铅、砷化铟、砷化锑、碲镉汞三元合金、锗及硅掺杂等材料制成。 （1）红外线传感器依动作可分为：1)将红外线一部份变换为热，藉热取出电阻值变化及电动势等输出信号之热型。 2)利用半导体迁徙现象吸收能量差之光电效果及利用因PN 接合之光电动势效果的量子型。 热型的现象俗称为焦热效应。 （2）按照功能能够分成五类： 1）辐射计，用于辐射和光谱测量；2）搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪；3）热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图象；4）红外测距和通信系统；5）混合系统，是指以各类系统中的两个或者多个的组合。 三、xx传感器主要物理量 (1)响应率 谓红外探测器的响应率就是其输出电压与输入的红外辐射功率之比。 (2)响应波长范围红外探测器的响应率与入射辐射的波长有一定的关系，热敏红外探测器响应率r与波长λ无关。光λp对应响应峰值rp，rp /2于对应为截止波长λc。
(3)噪声等效功率(NEP)若投射到探测器上的红外辐射功率所产生的输出电压正好等于探测器本身的噪声电压，这个辐射功率就叫做噪声等效功率(NEP)。噪声等效功率是一个可测量的量。设入射辐射的功率为P，测得的输出电压为 U0，然后除去辐射源，测得探测器的噪声电压为UN，则按比例计算，要使U0＝UN，的辐射功率为 (4)探测率经过分析，发现NEP与检测元件的面积S和放大器带宽Δf 乘积的平方根成正比，比例系数的倒数称为探测率D*。即D*实质上就是当探测器的敏感元件具有单位面积、放大器的带宽为lHz时的辐射所获得的信噪比。 (5)响应时间红外探测器的响应时间就是加入或去掉辐射源的响应速度响应时间，而且加入或去掉辐射源的响应速度响应时间相等。红外探测器的响应时间是比较短的。 工作原理： 人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10um左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10um左右的红外线而进行工作的。人体发射的10um左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。1)这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以热释电元件对波长为10um左右的红外辐射必须非常敏感。2)为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲泥尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。3)被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。 4)一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。5)菲泥尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。 xx参数：
[说明]红外线测距仪测量原理 红外线测距仪测量原理 测距仪是一种航迹推算仪器，用于测量目标距离，进行航迹推算。测距仪的形式很多，通常是一个长形圆筒，由物镜、目镜、测距转钮组成，用来测定目标距离。测距仪是根据光学、声学和电磁波学原理设计的，用于距离测量的仪器。 红外测距仪的分类有激光红外，红外和超声波三种，目前测距仪主要是指的激光红外测距仪，红外测距仪和超声波测距仪由于测量距离有限，测量精度很低目前已经被淘汰。激光红外测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光红外测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。 测距仪有测量距离和测量精度，同时又是电子设备，所以品牌的选择非常重要，国际知名品牌的测距仪，在性能上会远优于杂牌的激光红外测距仪。 一(测距仪分类 测距仪从测距基本原理，可以分为以下三类: 1. 激光测距仪 激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。 激光测距仪是目前使用最为广泛的测距仪，激光测距仪又可以分类为手持式激光测距仪(测量距离0-300米)，望远镜激光测距仪(测量距离500-20000米)。
目前市面上主流的都是激光测距仪，手持式激光测距仪全球前两大品牌是徕卡和博世，右图就是一款主流的手持式激光测距仪。 望远镜激光测距仪，为远距离激光测距仪，目前在户外使用相当广泛，望远镜激光测距仪全球前四大品牌是图雅得、博士能、奥尔法和尼康。四个品牌在产品上各有特点，2013年，美国激光技术杂志公 布的数据，2013年全球单品销售冠军是图雅得SP1500，这款测距仪测量精准，反应速度快捷。 2. 超声波测距仪 超声波测距仪是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即中断停止计时。通过不断检测产生波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射超声波和接收到回波的时间差T，然后求出距离L。 超声波测距仪，由于超声波受周围环境影响较大，所以一般测量距离比较短，测量精度比较低。目前使用范围不是很广阔，但价格比较低，一般几百元左右。