紅外線概述___AVR單片機(jī)論述___紅外測距

1、目 錄摘要1Abstract21 緒論31.1 紅外線概述3紅外線簡介3紅外傳感器的分類5紅外傳感器的應(yīng)用81.2 AVR單片機(jī)概述8單片機(jī)及其發(fā)展8系列單片機(jī)的優(yōu)勢9單片機(jī)簡介132.紅外測距的工作原理及基本結(jié)構(gòu)172.1 紅外線測距發(fā)射與接收器件介紹172.2紅外線測距的工作原理212.3 紅外線測距的基本結(jié)構(gòu)223 紅外測距的硬件設(shè)計(jì)233.1 紅外測距的實(shí)現(xiàn)構(gòu)想233.2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)電路圖243.3 各硬件電路設(shè)計(jì)24紅外發(fā)射電路24紅外接收電路25通訊28報(bào)警31 鍵盤31電源31顯示說明35單片機(jī)364 紅外測距的軟件設(shè)計(jì)384.1 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖384.2 各程序設(shè)計(jì)函數(shù)說明3

2、9主程序模塊39設(shè)定輸入/ 輸出引腳41轉(zhuǎn)換模塊42動態(tài)掃描顯示模塊43操作的基本函數(shù)44鍵盤處理模塊454.3 誤差分析48 結(jié)論49謝辭50參考文獻(xiàn)51II摘要在可移動機(jī)器人避障系統(tǒng)中，一般采用超聲波測距和紅外來實(shí)現(xiàn)避障，但因?yàn)槌暡y距存在盲區(qū)問題，所以在與障礙物距離達(dá)到一定范圍時(shí)，將不能很好的實(shí)現(xiàn)避障，相反，紅外測距的探測距離較短，一般在幾十厘米之內(nèi)，它可以在一定程度上彌補(bǔ)超聲波近距離無法測量的缺點(diǎn)。因而為了提高可移動式機(jī)器人的躲避障礙物的能力，在該設(shè)計(jì)中，以AVR單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)了一種基于ATmega16芯片的紅外測距模塊。首先，在緒論中，介紹了紅外線及紅外傳感器的分類和應(yīng)用、AV

3、R單片機(jī)系列的發(fā)展與應(yīng)用，特別對ATmega16單片機(jī)進(jìn)行了說明。其次，闡述了與紅外測距的工作原理基本結(jié)構(gòu)，對紅外測距的發(fā)射與接收器件也做了詳細(xì)說明。再次，介紹了紅外測距的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。在硬件設(shè)計(jì)中，介紹了紅外測距實(shí)現(xiàn)的構(gòu)想，給出紅外測距硬件電路原理圖，并說明了紅外發(fā)射驅(qū)動電路、紅外接收驅(qū)動電路、RS485通訊、報(bào)警電路、鍵盤、電源電路、LED顯示電路工作原理及ATmega16單片機(jī)的管腳分配。在軟件設(shè)計(jì)中，說明了整個(gè)程序流程及各程序設(shè)計(jì)函數(shù)和誤差分析。最后，是對整個(gè)設(shè)計(jì)的結(jié)論，說明了紅外測距的可行性。關(guān)鍵字：紅外線；AVR；ATmega16 河北理工大學(xué)輕工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 49

4、 頁 共 51頁 AbstractAbstract In the mobile robot obstacle avoidance system, in general, ultrasonic and infrared range to achieve obstacle avoidance, But because there Ultrasonic Ranging blind spot, so the distance barrier and reach a certain scope, would not achieve very good obstacle avoidance, on the

5、 contrary, the infrared range detection shorter distances, generally within tens of centimeters, It can to some extent make up for a short distance can not be measured ultrasonic flaw. Thus to enhance mobile robot obstacle avoidance capability in the design, AVR microcontroller core, Based on the de

6、sign of a chip ATmega16 range of infrared modules. First, the overview on the infrared and infrared sensors and the application of the classification, the AVR Series of development and application, especially for ATmega16 conducted. Secondly, expounded the infrared range with the working principle o

7、f the basic structure Ranging of the infrared emission and receiving devices have also done a detailed description. Again, introduced the infrared range of hardware design and software design. In hardware design, introduced the infrared range to achieve the vision is infrared range of hardware circu

8、it. and that the infrared transmitter driver circuit, infrared receiver-driven circuit, RS485 communications, alarm circuits, keyboard, power supply circuit, LED Display Circuit and ATmega16 pin assignments. Finally, it is the whole design to the conclusion that the infrared range of feasibility. Ke

9、ywords: Infrared； AVR； ATmega16 1 緒論1.1 紅外線概述紅外線簡介 近二十年來，紅外輻射技術(shù)已成為一門迅速發(fā)展的新興技術(shù)科學(xué)。它已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)，科研，軍事，醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域。紅外輻射技術(shù)是發(fā)展測量技術(shù)、遙感技術(shù)和空間科學(xué)技術(shù)的重要手段。紅外輻射俗稱紅外線，又稱紅外光，它是一種人眼看不見的光線。但實(shí)際上它和其他任何光線一樣，也是一種客觀存在的物質(zhì)。任何物體，只要它的濕度高于絕對零度，就有紅外線向周圍空間輻射。它的波長介于可見光和微波之間，它的波長范圍大致在的頻譜范圍之內(nèi)。相對應(yīng)的頻率大致在之間，紅外線與可見光、紫外線、射線、射線和微波、無線電波一起構(gòu)成了整個(gè)無限

10、連續(xù)的電磁波譜，在紅外技術(shù)中，一般將紅外輻射分為四個(gè)區(qū)域，即近紅外區(qū)、中紅外區(qū)、遠(yuǎn)紅外區(qū)和極遠(yuǎn)紅外區(qū)。為近紅外區(qū)，為中紅外區(qū)，為遠(yuǎn)紅外區(qū)。這里所說的遠(yuǎn)近是指紅外輻射在電磁波譜中與可見光的距離。紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射。物體的溫度越高，輻射出來的紅外線越多，紅外輻射的能量就越強(qiáng)。研究發(fā)現(xiàn)，太陽光譜各種單色光的熱效應(yīng)從紫色光到紅色光是逐漸增大的，而且最大的熱效應(yīng)出現(xiàn)在紅外輻射的頻率范圍內(nèi)，因此人們又將紅外輻射稱為熱輻射或熱射線。紅外線在通過云霧等充滿懸浮離子的物質(zhì)時(shí)不易發(fā)生散射，有較強(qiáng)的穿透能力，還具有抗干擾能力強(qiáng)、易于產(chǎn)生、對環(huán)境影響小、不會干擾臨近的無線電設(shè)備的特點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用。目前紅外

11、發(fā)射器件（紅外發(fā)光二極管）發(fā)出的是峰值波長之間的近紅外光，紅外接收器件（光敏二極管、光敏三極管）的受光峰值波長為之間， 恰好與紅外發(fā)光二極管的光峰值波長相匹配。紅外光具有反射、折射、散射、干涉、吸收等特性。能全部吸收投射到它表面的紅外輻射的物體稱為黑體；能全部反射的物體稱為鏡體；能部分反射、部分吸收的物體稱為灰體。嚴(yán)格地講，在自然界中，不存在黑體鏡體和透明體。紅外遙控的優(yōu)點(diǎn)：1. 采用紅外線發(fā)光二極管，結(jié)構(gòu)簡單，易于小型化，且成本底。2. 紅外線調(diào)制簡單，依靠調(diào)制信號編碼可實(shí)現(xiàn)多路控制。3. 紅外線不能通過阻擋物，不會產(chǎn)生信號串?dāng)_等誤動作。4. 功率消耗小，反映速度快。5. 對環(huán)境無污染，對人

12、、物無損害。6. 抗干擾能力強(qiáng)，工作可靠。紅外輻射的基本定律1. 基爾霍夫定律 基爾霍夫定律指出，一個(gè)物體向周圍輻射熱能的同時(shí)也吸收周圍物體的輻射能。如果幾個(gè)物體處于同一溫度場中，各物體的熱發(fā)射本領(lǐng)正比于它的吸收本領(lǐng)，這就是基爾霍夫定律，可由下式表示 式中 -物體在單位面積和單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射出的輻射能； 物體的吸收系數(shù)； 常數(shù)，其值等于黑體在相同條件下發(fā)出的輻射能。2. 斯蒂芬-玻爾滋蔓定律物體溫度越高，發(fā)射的紅外輻射能越多，在單位時(shí)間內(nèi)其單位面積輻射的總能量為 式中 物體的絕對溫度，273K； -斯蒂芬-玻爾滋蔓常數(shù)， ；-比輻射率，即物體表面輻射本領(lǐng)與黑體輻射本領(lǐng)的比值，黑體的。3. 維恩位

13、移定律熱輻射發(fā)射的電磁波中包含各種波長。實(shí)驗(yàn)證明物體峰值輻射波長m與物體自身的絕對溫度T成反比。即 該式稱為維恩位移定律。紅外傳感器（也稱為紅外探測器）是能將紅外輻射能轉(zhuǎn)換為電能的光敏器件，它是紅外探測系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它的性能好壞，將直接影響系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。因此，選擇合適的、性能良好的紅外傳感器，對于紅外探測系統(tǒng)是十分重要的。紅外傳感器的分類常見紅外傳感器可分為熱傳感器和光子傳感器。一、熱傳感器熱傳感器是利用入射紅外輻射引起傳感器的溫度變化，進(jìn)而使有關(guān)物理參數(shù)發(fā)生相應(yīng)的變化，通過測量有關(guān)物理參數(shù)的變化來確定紅外傳感器所吸收的紅外輻射。熱探測器的主要優(yōu)點(diǎn)是相應(yīng)波段寬，可以在室溫下工作，使用簡單。

14、但是，熱傳感器相應(yīng)時(shí)間較長，靈敏度較低，一般用于低頻調(diào)制的場合。熱傳感器主要類型有：熱敏傳感器型，熱電偶型，高萊氣動型和熱釋放電型四種。1.熱敏電阻型傳感器熱敏電阻是由錳、鎳、鈷的氧化物混合后燒解而成的，熱敏電阻一般制成薄片狀，當(dāng)紅外輻射照射在熱敏電阻上，其溫度升高，電阻值減少。測量熱敏電阻值變化的大小，即可得知入射的紅外輻射的強(qiáng)弱，從而可以判斷產(chǎn)生紅外輻射物體的溫 2.熱電偶型傳感器 熱電偶是由熱電功率差別較大的兩種材料構(gòu)成。當(dāng)紅外輻射到這兩種金屬材料構(gòu)成的閉合回路的接點(diǎn)上時(shí)，該接點(diǎn)溫度升高。而另一個(gè)沒有被紅外輻射輻照的接點(diǎn)處于較低的溫度，此時(shí)，在閉合回路中將產(chǎn)生溫差電流。同時(shí)回路中產(chǎn)生溫差

15、電勢，溫差電勢的大小，反映了接點(diǎn)吸收紅外輻射的強(qiáng)弱。利用溫差電勢現(xiàn)象制成的紅外傳感器稱為熱電偶型紅外傳感器，因其時(shí)間常數(shù)較大，相應(yīng)時(shí)間較長，動態(tài)特性較差，調(diào)制頻率應(yīng)限制在10HZ以下。3.萊氣動型傳感器高萊氣動型傳感器是利用氣體吸收紅外輻射后，溫度升高，體積增大的特性，來反映紅外輻射的強(qiáng)弱。它有一個(gè)氣室，以一個(gè)小管道與一塊柔性薄片相連。薄片的背向管道一面是反射鏡。氣室的前面附有吸收模，它是低熱容量的薄膜。紅外輻射通過窗口入射到吸收模上，吸收模將吸收的熱能傳給氣體，使氣體溫度升高，氣壓增大，從而使柔鏡移動。在室的另一邊，一束可見光通過柵狀光欄聚焦在柔鏡上，經(jīng)柔鏡反射回來的柵狀圖像又經(jīng)過柵狀光欄投

16、射到光電管上。當(dāng)柔鏡因壓力變化而移動時(shí)，柵狀圖像與柵狀光欄發(fā)生相對位移，使落到光電管上的光量發(fā)生改變，光電管的輸出信號也發(fā)生變化，這個(gè)變化量就反映出入射紅外輻射的強(qiáng)弱。這種傳感器的特點(diǎn)是靈敏度高，性能穩(wěn)定。但響應(yīng)時(shí)間性長，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，強(qiáng)度較差，只適合于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)使用。4.熱釋電型傳感器 熱釋電型傳感器是一種具有極化現(xiàn)象的熱晶體或稱“鐵電體”。鐵電體的極化強(qiáng)度（單位面積上的電荷）與溫度有關(guān)。當(dāng)紅外線輻射照射到已經(jīng)極化的鐵電體薄片表面上時(shí)，引起薄片溫度升高，使其極化強(qiáng)度降低，表面電荷減少，這相當(dāng)于釋放一部分電荷，所以叫做熱釋電型傳感器。如果將負(fù)載電阻與鐵電體薄片相連，則負(fù)載電阻上便產(chǎn)生一個(gè)電信號輸出。

17、輸出信號的大小，取決于薄片溫度變化的快慢，從而反映入射的紅外輻射的強(qiáng)弱。由此可見，熱釋電型紅外傳感器的電壓響應(yīng)率正比于入射輻射變化的速率。當(dāng)恒定的紅外輻射照射在熱釋電傳感器上時(shí)，傳感器沒有電信號輸出。只有鐵電體溫度處于變化過程中，才有電信號輸出。所以，必須對紅外輻射進(jìn)行調(diào)制（或稱斬光），使恒定的輻射變成交變輻射，不斷的引起傳感器的溫度變化，才能導(dǎo)致熱釋電產(chǎn)生，并輸出交變的信號。二、光子傳感器光子傳感器是利用某些半導(dǎo)體材料在入射光的照射下，產(chǎn)生光子效應(yīng)，使材料電學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。通過測量電學(xué)性質(zhì)的變化，可以知道紅外輻射的強(qiáng)弱。利用光子效應(yīng)所制成的紅外傳感器。統(tǒng)稱光子傳感器。光子傳感器的主要特點(diǎn)靈敏

18、度高，響應(yīng)速度快，具有較高的響應(yīng)頻率。但其一般須在低溫下工作，探測波段較窄。按照光子傳感器的工作原理，一般可分為內(nèi)光電和外光電傳感器兩種，后者又分為光電導(dǎo)傳感器、光生伏特傳感器和光磁電傳感器等三種。1.外光電傳感器（器件）當(dāng)光輻射在某些材料的表面上時(shí)，若入射光的光子能量足夠大時(shí)，就能使材料的電子逸出表面，這種現(xiàn)象叫外光電效應(yīng)或光電子發(fā)射效應(yīng)。光電二極管、光電倍增管等便屬于這種類型的電子傳感器。它的響應(yīng)速度比較快，一般只需幾個(gè)毫微秒。但電子逸出需要較大的光子能量，只適宜于近紅外輻射或可見光范圍內(nèi)使用。2.光電導(dǎo)傳感器（器件）當(dāng)紅外輻射照射在某些半導(dǎo)體材料表面上時(shí)，半導(dǎo)體材料中有些電子和空穴可以從

19、原來不導(dǎo)電的束縛狀態(tài)變?yōu)槟軐?dǎo)電的自由狀態(tài)，使半導(dǎo)體的導(dǎo)電率增加，這種現(xiàn)象叫光電導(dǎo)現(xiàn)象。利用光電導(dǎo)現(xiàn)象制成的傳感器稱為光導(dǎo)傳感器，如硫化鉛、硒化鉛、銻化銦、碲隔汞等材料都可制光電導(dǎo)傳感器。使用光電導(dǎo)傳感器時(shí)，需要制冷和加一定的偏壓，否則會使響應(yīng)率降低，噪聲大，響應(yīng)波段窄，以致使紅外線傳感器損壞。1. 光生伏特傳感器（器件） 當(dāng)紅外輻射照射在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)上時(shí)，在結(jié)內(nèi)電場的作用下，自由電子移向N區(qū)，如果PN結(jié)開路，則在PN結(jié)兩端便產(chǎn)生一個(gè)附加電勢，稱為光生電動勢。利用這個(gè)效應(yīng)制成的傳感器或PN結(jié)傳感器。常用的材料為砷化銦、銻化銦、碲化汞、碲錫鉛等幾種。2. 光磁電傳感器（器件）當(dāng)紅外輻射照

20、射在某些半導(dǎo)體材料表面上時(shí)，半導(dǎo)體材料中有些電子和空穴將向內(nèi)部擴(kuò)散，在擴(kuò)散中若受強(qiáng)磁場的作用，電子與空穴則各偏向一方，因而產(chǎn)生開路電壓，這種現(xiàn)象稱為光磁電效應(yīng)。利用此效應(yīng)制成的紅外傳感器，叫做光磁電傳感器。光磁電傳感器不需致冷，響應(yīng)波段可達(dá)左右，時(shí)間常數(shù)小，響應(yīng)速度快，不用加偏壓，內(nèi)阻極低，噪聲小，有良好的穩(wěn)定性和可靠性。但其靈敏度低，低噪聲前置放大器制作困難，因而影響了使用。1.1.3紅外傳感器的應(yīng)用 紅外技術(shù)是最近幾十年中發(fā)展起來的一門新興技術(shù)。它已在科技、國防和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。紅外傳感器的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1. 紅外輻射計(jì)：用于輻射和光譜輻射測量2. 搜索和跟蹤

21、系統(tǒng)：用于搜索和跟蹤紅外目標(biāo)，確定其空間位置并對其運(yùn)動進(jìn)行跟蹤。3. 熱成像系統(tǒng)：能形成整個(gè)目標(biāo)的紅外輻射分布圖像。4. 紅外測距系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)物體間距離的測量。5. 通訊系統(tǒng)：紅外線通信作為無線通信的一種方式。6. 混合系統(tǒng)：是指以上各類系統(tǒng)中的兩個(gè)或多個(gè)的組合。1.2 AVR單片機(jī)概述電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,尤其AVR單片機(jī)更廣泛地應(yīng)用于軍事、工業(yè)、家用電器、智能玩具、智能機(jī)器人、便攜式智能儀表等領(lǐng)域,使產(chǎn)品功能、精度和質(zhì)量大幅度提高,電路簡單、故障率低、可靠性高且成本低廉。ATMEL公司把51內(nèi)核與其擅長的FLASH制造技術(shù)相結(jié)合, 推出可重復(fù)擦寫1000次以上低功耗的89C51/52/1051

22、/2051等產(chǎn)品,取代其它8751系列,稱霸單片機(jī)市場數(shù)年。1997年,由 ATMEL挪威設(shè)計(jì)中心的A先生與V先生,利用ATMEL的Flash新技術(shù), 共同研發(fā)RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精簡指令集高速嵌入式8位單片機(jī),簡稱AVR。 AVR單片機(jī)主要分為tiny, mega兩個(gè)系列，現(xiàn)在還有一些90s的型號但是據(jù)說都會逐漸被mega的相應(yīng)型號替代，另外有一些以AVR為CPU核的SOC器件比如帶有USB的，帶有RF的，還有帶有FPGA的，這些不好分類。ATMEL自己也是有時(shí)候分到AVR一類，有時(shí)候又放到別的類，或者單獨(dú)給出。一般的說mega系列比tiny系

23、列功能更強(qiáng)大，flash更多RAM更大，其它資源也更多。最根本的區(qū)別在于mega支持 IAP（在應(yīng)用編程）和ISP，而tiny只支持ISP。IAP的功能使得我們可以用任何AVR的接口（包括接口的擴(kuò)展和延伸，比如串口控制GPRS模塊而變成無線接口）在應(yīng)用中更改程序，從而使系統(tǒng)靈活性更大。tiny雖然功能小，不過速度可不低。TINY系列一樣能夠工作于16MHz，接近16MIPS的運(yùn)算速度，所有的AVR單片機(jī)都支持ISP。其中mega16、mega32、mega64、mega128、mega162、mega169這些型號和一些和它們兼容的舊型號支持JTAG仿真。現(xiàn)在又有了mega48,mega168

24、等新的型號支持debug wire是單線的JTAG仿真器。其它的單片機(jī)如果需要調(diào)試器，就需要ICE了，價(jià)格一般還是比較貴的。 整個(gè)開發(fā)環(huán)境還沒有集成到一起。因此必須分開說了。調(diào)試程序一般使avrstudio這是ATMEL自己的調(diào)試環(huán)境，也是免費(fèi)的可以到他們的網(wǎng)站下載。這個(gè)調(diào)試環(huán)境支持軟件模擬 （就是程序不能下載到單片機(jī)，只是在計(jì)算機(jī)中模擬運(yùn)行），JTAG調(diào)試，和ICE調(diào)試。同時(shí)能夠處理匯編代碼。自由軟件的GDB可以模擬和調(diào)試AVR單片機(jī)，不過我們還沒有學(xué)會。匯編器avrstudio已經(jīng)有了就不多說了。接著一個(gè)重要的開發(fā)環(huán)境是C編譯器，現(xiàn)在有很多種。最貴的，據(jù)說最好的是IAR

25、，太貴了國內(nèi)用的人不多。還有ICC、codevision都是商業(yè)軟件。我們沒有怎么用過。他們的網(wǎng)站也都有一定代碼量限制的使用版可以使用。我們使用的編譯器是自由軟件AVR-GCC，當(dāng)然它是免費(fèi)的。它的使用還是比較復(fù)雜，我們準(zhǔn)備寫一本這方面的書了，這里不多介紹。最后就是下載程序的軟件avrstudio自己帶一個(gè)AVRISP軟件可以通過串口下載程序，JTAG接口也會把程序下載到支持JTAG 的單片機(jī)中。ISP的軟件也不只一種，我們常用的是polypro，也是免費(fèi)軟件。使用還是很方便的，具體的使用要說也比較多，大家先知道一下吧。 下載線，JTAG仿真器可以買，也可以自己做。這方面的

26、資料也比較多，網(wǎng)上搜索就會很有收獲。我們做了這方面的工作，下載線，串口JTAG仿真器，USB接口JTAG仿真器都有了 。VR系列單片機(jī)的優(yōu)勢單片機(jī)種類很多，在簡易機(jī)器人制作和創(chuàng)新中，為什么選用AVR單片機(jī)呢？  一、進(jìn)入AVR單片機(jī)門檻低-一線打天下! 1. 反復(fù)擦寫，無報(bào)廢產(chǎn)品。AVR單片機(jī)的程序存儲器是用Flash(閃爍存儲器-像閃電一樣快或稱快速擦寫) 構(gòu)成的,可擦寫1000次以上,新工藝AVR器件, 程序存儲器的擦寫可達(dá)1萬次以上,不再有報(bào)廢品產(chǎn)生。有的單片機(jī),只能燒錄一次, 不能更改, 燒錄錯(cuò)了產(chǎn)品就報(bào)廢。 2. 有多種編程方式。AVR程序?qū)懭肟梢圆⑿袑?/p>

27、入(用萬用編程序器),也可用串行ISP(通過PC機(jī)RS232口或打印口)在線編程擦寫。也就是說可以不必將 IC芯片拆下拿到萬用編程上擦寫,而可直接在電路板上進(jìn)行程序修改、燒錄等操作,方便產(chǎn)品升級。ISP、JTAG這是今后單片機(jī)編程的發(fā)展方向 。 3. 有多種免費(fèi)編程語言供選擇。青少年學(xué)習(xí)單片機(jī)用什么語言編程也是至關(guān)重要。有一種臺灣及國產(chǎn)的用宏指令方法設(shè)計(jì)的單片機(jī)學(xué)習(xí)板,優(yōu)點(diǎn):簡單易學(xué),適合小學(xué)生用;缺點(diǎn):不可搞復(fù)雜控制,與大專院校學(xué)習(xí)單片機(jī)知識不銜接,又要從頭開始學(xué)習(xí), 人們稱這是不論不類的語言,與現(xiàn)實(shí)社會科研應(yīng)用不能接軌。 4. 有多種器件供選擇。AVR單片機(jī)系列齊全,可適用于各種不同場合的

28、要。AVR有三個(gè)檔次: 低檔tiny系列AVR單片機(jī): 主要有tiny11/12/15/26/28等；中檔AT90S系列AVR 單片機(jī): 主要有AT90S1200/2313/8515/8535等；高檔ATmega系列AVR單片機(jī): 主要有ATmega8/16/32/64/128,ATmega8515/8535等。AVR器件價(jià)格從幾元到近百元, 引腳從8腳到64腳, 還有各種不同封裝供選擇。 5. 有多種開發(fā)實(shí)驗(yàn)器配合你學(xué)習(xí)開發(fā)。雙龍電子的散件組裝SL-DIY02-1 AVR單片機(jī)積木化開發(fā)實(shí)驗(yàn)器,提供了一個(gè)廉價(jià)的學(xué)習(xí)AVR單片機(jī)的軟件、硬件開發(fā)平臺, 通過自己組裝單片機(jī)實(shí)驗(yàn)器硬件,只要接上PC

29、機(jī)及5伏直流電源, 他什么事都能做,是青少年參加電子大獎賽的廉價(jià)工具及助手。雙龍電子還有各種配套積木化應(yīng)用板供選擇:SL-DIY02-2組態(tài)開發(fā)板,SL-DIY02-3帶A/D開發(fā)實(shí)驗(yàn)板, SL-DIY02-6機(jī)器人板具有多個(gè)紅外傳感器、光電傳感器、接觸傳感器、穩(wěn)壓濾波電路、直流減速電機(jī)及驅(qū)動電路、電池匣、遙控接口(遙控為選件) ,SL-DIY02-1接口插座等。SL-DIY02-1(或3)開發(fā)實(shí)驗(yàn)板, 插在SL-DIY02-6機(jī)器人板插座上,組成SL積木式機(jī)器人。 二、AVR是屬高速單片機(jī) 1. 一個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行一條指令。AVR是高速單片機(jī)!硬件應(yīng)用哈佛結(jié)構(gòu),具有預(yù)取指令功能, 即在執(zhí)行一條

30、指令時(shí), 預(yù)先把下一條指令己取進(jìn)來,使得指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行。 2. 多累加器型、數(shù)據(jù)處理速度快。超功能精簡指令!具有32個(gè)通用工作寄存器, 相當(dāng)于有32條立交橋, 可以快速通行。相當(dāng)多的單片機(jī)只有一個(gè)累加器, 就像一條獨(dú)木橋,什么事都要通過累加器, 真是又累又慢,吃力不討好,速度快不了。AVR單片機(jī)系列中有128B到4KB的SRAM靜態(tài)隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲器,可靈活使用指令運(yùn)算, 存放數(shù)據(jù)。 3. 中斷響應(yīng)速度快。AVR像8051一樣,有多個(gè)固定中斷向量入口地址,可快速響應(yīng)中斷。而PIC只有一個(gè)中斷入口,要查詢后才能響應(yīng)中斷,失去了最佳響應(yīng)中斷時(shí)間。 4. 高級C語言編程效率高。從高級語言C

31、代碼完成同一任務(wù)實(shí)例比較, 8 MHz AVR 速度要相當(dāng)224 MHz 80C51,AVR比80C51快28倍。 看各種單片機(jī)性能比較: 68HC11：代碼效率高，但是處理能力只有AVR的1/10，功耗卻高 2.5倍 PIC 速度快, 但是在相同功耗下AVR性能比其高3.5倍 三、AVR是低功耗單片機(jī) 具有休眠省電功能(POWER DOWN)及閑置(IDLE)低功耗功能。一般耗電在12.5mA,典型功耗情況,WDT關(guān)閉時(shí)為100nA,更適用于電池供電的應(yīng)用設(shè)備。 四、高度保密(LOCK),可保護(hù)你的科研成果！ 不可破解的位加密鎖Lock bit技術(shù)； 不像有的單片機(jī)那樣可通過電子顯微鏡看到保

32、密位方式破解 ；Flash保密位單元深藏于芯片內(nèi)部, 無法用電子顯微鏡看到保密位； 可多次燒寫的Flash且具有多重密碼保護(hù)鎖死(LOCK)功能,因此可快速完成產(chǎn)品商品化,并可多次更改程序(產(chǎn)品升級)而不必浪費(fèi)IC芯片或電路板,大大提高產(chǎn)品質(zhì)量及競爭力。 五、I/O口功能強(qiáng)、驅(qū)動能力大,1個(gè)I/O口,至少可驅(qū)動3只伺服電機(jī)。 AVR 的I/O口是真正的I/O口,能正確反映I/O口輸入/輸出的真實(shí)情況。I/O口有輸入/輸出, 三態(tài)高阻輸入,也可設(shè)定內(nèi)部拉高電阻作輸入端的功能,便于作各種應(yīng)用特性所需(多功能I/O口) 。工業(yè)級產(chǎn)品!具有大電流(灌電流)1040mA,可直接驅(qū)動可控硅SSR或繼電器,

33、節(jié)省了外圍驅(qū)動器件。 六、具有A/D轉(zhuǎn)換電路, 可作數(shù)據(jù)采集閉環(huán)控制 AVR 內(nèi)帶模擬比較器,I/O口可作A/D轉(zhuǎn)換用,可組成廉價(jià)的A/D轉(zhuǎn)換器。AT90S4434/8535具有8路10位A/D；AT90S2333/4433具有6路10位A/D；功能更強(qiáng)的ATmega128有Flash 128KB,EEPROM 4KB、RAM 4KB、I/O端口48個(gè)、中斷源16個(gè)、外中斷8個(gè)、SPI,UART、8路10位A/D、ISP。 七、有的AVR單片機(jī)可組成零外設(shè)元件單片機(jī)系統(tǒng) AT90S1200/2343/ATtiny15/ATmega8等部分AVR器件具有內(nèi)部RC振蕩器，1-8MHz的工作頻率,使

34、該類單片機(jī)成為無外加元器件即可工作,就是一片芯片,可謂簡單方便又省錢,作加密器件使用更妙。 八、單片機(jī)工作可靠性強(qiáng) 可重設(shè)啟動復(fù)位。AVR系列有內(nèi)部電源開關(guān)啟動計(jì)數(shù)器,可將低電平復(fù)位(/RESET)直接接到VCC端。當(dāng)電源開時(shí),由于利用內(nèi)部RC的看門狗定時(shí)器,可延遲MCU啟動執(zhí)行程序。這種延時(shí)使I/O口穩(wěn)定后執(zhí)行程序,以提高單片機(jī)工作可靠性。有的AVR單片機(jī)還有復(fù)位電壓調(diào)節(jié)功能供選擇, 適用于單片機(jī)使用不同電源電壓的場合。有看門狗定時(shí)器(WDT),安全保護(hù),防止程序走亂(飛),提了高產(chǎn)品的抗干擾能力。 工作電壓范圍寬(2.76.0V),電源抗干擾性強(qiáng)。AT90LXX為低電壓器件(2.76.0V

35、), AT90SXX電壓為 (4.06.0V),最低器件ATtiny12己到1.8V 5.5V。 九、有功能強(qiáng)大的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器 C/T計(jì)數(shù)器/定時(shí)器,有8位和16位,可作比較器;計(jì)數(shù)器外部中斷和PWM(也可當(dāng)D/A)用于控制輸出,有的有3-4個(gè)PWM,作電機(jī)無級調(diào)速是理想器件。 十、有異步、同步串行通訊接口 有串行異步通訊UART接口,不占用定時(shí)器和SPI同步傳輸功能,因其高速故可以工作在一般標(biāo)準(zhǔn)整數(shù)頻率,而波特率可達(dá)576K。 十一、AT90S4414/AT90S8515具有可擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲器達(dá)64KB。 它們的引腳排列及功能與8051相似,即可替代替8051系列單片機(jī)(8751或875

36、2)的應(yīng)用系統(tǒng)。僅差復(fù)位電平,只需對調(diào)復(fù)位電阻、電容位置。還增加很多新功能,WDT,A/D,PWM等。 十二、并具有較大容量、可擦寫10萬次的EEPROM,對掉電后數(shù)據(jù)保存帶來方便,來電后能記住掉電時(shí)的工作狀態(tài),EEPROM(64B4KB)。 十三、ATmega16/32/64/128等單片機(jī),還具有JTAG邊界掃描(芯片內(nèi)部功能檢測)、仿真、編程功能,大大降低了單片機(jī)開發(fā)成本。 十四、單片機(jī)可做硬件軟化, 軟件硬化。電子設(shè)計(jì)、電子制作、智能電子、機(jī)器人制作等，化很少錢就可用AVR單片機(jī)來方便、簡捷、快速、高效完成。Tmega16單片機(jī)簡介ATmega16是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功

37、耗8 位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega16的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。AVR 內(nèi)核具有豐富的指令集和32個(gè)通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算術(shù)邏輯單元(ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10倍的數(shù)據(jù)吞吐率。常見的ATmega16單片機(jī)封裝形式如圖1所示： 圖1ATmega16單片機(jī)引腳說明引腳符號引腳名稱與功能VCC數(shù)字電路的電源GND地端口PA(PA7.PA0)端口A為A/D 轉(zhuǎn)換器

38、的模擬輸入端，端口A 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口A 處于高阻狀態(tài)端口B(PB7.PB0)端口B 為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口B 處于高阻狀態(tài)。端口B 也可以用做其他不同的特殊功能端口C(PC7.PC0)端口C 為8 位雙向I/O 口，

39、具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口C 處于高阻狀態(tài)。如果JTAG接口使能，即使復(fù)位出現(xiàn)引PC5(TDI)、 PC3(TMS)與 PC2(TCK)的上拉電阻被激活。端口C 也可以用做其他不同的特殊功能.端口D(PD7.PD0)端口D 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口D

40、 處于高阻狀態(tài)。端口D 也可以用做其他不同的特殊功能RESET復(fù)位輸入引腳。持續(xù)時(shí)間超過最小門限時(shí)間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。持續(xù)時(shí)間小于門限間的脈沖不能保證可靠復(fù)位XTAL1反向振蕩放大器與片內(nèi)時(shí)鐘操作電路的輸入端XTAL2反向振蕩放大器的輸出端AVCCAVCC是端口A與A/D轉(zhuǎn)換器的電源。不使用ADC時(shí)，該引腳應(yīng)直接與VCC連接。使用ADC時(shí)應(yīng)通過一個(gè)低通濾波器與VCC 連接AREFA/D 的模擬基準(zhǔn)輸入引腳ATmega16 有如下特點(diǎn):16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有同時(shí)讀寫的能力，即RWW)，512 字節(jié)EEPROM，1K 字節(jié)SRAM，32個(gè)通用I/O 口線，32個(gè)通用工作寄存

41、器，用于邊界掃描的JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器(T/C),片內(nèi)/外中斷，可編程串行USART，有起始條件檢測器的通用串行接口，8路10位具有可選差分輸入級可編程增益(TQFP 封裝) 的ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器，一個(gè)SPI 串行端口，以及六個(gè)可以通過軟件進(jìn)行選擇的省電模式。 工作于空閑模式時(shí)CPU 停止工作，而USART、兩線接口、A/D 轉(zhuǎn)換器、SRAM、T/C、SPI 端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時(shí)晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時(shí)器繼續(xù)運(yùn)行，允許用戶保持一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)

42、，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)； ADC 噪聲抑制模式時(shí)終止CPU和除了異步定時(shí)器與ADC 以外所有I/O 模塊的工作，以降低ADC 轉(zhuǎn)換時(shí)的開關(guān)噪聲；Standby 模式下只有晶體或諧振振蕩器運(yùn)行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時(shí)具有快速啟動能力；擴(kuò)展Standby 模式下則允許振蕩器和異步定時(shí)器繼續(xù)工作。本芯片是以Atmel高密度非易失性存儲器技術(shù)生產(chǎn)的。片內(nèi)ISP Flash 允許程序存儲器通過ISP 串行接口，或者通用編程器進(jìn)行編程，也可以通過運(yùn)行于AVR 內(nèi)核之中的引導(dǎo)程序進(jìn)行編程。引導(dǎo)程序可以使用任意接口將應(yīng)用程序下載到應(yīng)用Flash存儲區(qū)(Applicati

43、on lash Memory)。在更新應(yīng)用Flash存儲區(qū)時(shí)引導(dǎo)Flash區(qū)(Boot Flash Memory)的程序繼續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了RWW 操作。通過將8 位RISC CPU 與系統(tǒng)內(nèi)可編程的Flash 集成在一個(gè)芯片內(nèi)， ATmega16 成為一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)，為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的解決方案。ATmega16 具有一整套的編程與系統(tǒng)開發(fā)工具，包括：C 語言 編譯器、宏匯編、 程序調(diào)試器/ 軟件仿真器、仿真器及評估板。2.紅外測距的工作原理及基本結(jié)構(gòu)2.1 紅外線測距發(fā)射與接收器件介紹紅外線測距是利用紅外光來傳送控制指令信號，因此，作為紅外測距中的紅外光發(fā)射器件的紅外

44、發(fā)光二極管和紅外光接收器件的紅外光敏管，是構(gòu)成紅外測距系統(tǒng)的基本器件。 一、紅外線發(fā)射器件1.紅外線發(fā)射器件的結(jié)構(gòu)與原理紅外線發(fā)射器件是最長用的為紅外發(fā)光二極管，它與普通發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu) 原理以及制作工藝基本相同，是只有一個(gè)PN結(jié)的半導(dǎo)體器件，只是所有的材料不同，制造紅外發(fā)光二極管砷化鉀，砷鋁鉀等，其中應(yīng)用最多的是砷化鉀。紅外發(fā)光二極管一般采用環(huán)氧樹脂，玻璃，塑料等封裝，除白色透明材料封裝外，還可見到用藍(lán)色透明材料封裝的，。紅外發(fā)光二極管按發(fā)光功率的大小，可分為小功率，中功率，大功率三種。另外，紅外發(fā)光二極管除頂面發(fā)光型外，還有側(cè)面發(fā)光型。小功率管一般采用全塑封裝，也有部分是采用陶瓷底座，頂端

45、用玻璃或環(huán)氧樹脂透鏡封裝的，中大功率管一般采用帶螺紋金屬底座，以便安裝散熱片。隨著發(fā)光功率得提高，相應(yīng)體積的管子也增大。2.紅外發(fā)光二極管的主要參數(shù)（1）正向工作電流是指紅外發(fā)光二極管長期工作時(shí)，允許通過的最大平均電流，因?yàn)殡娏魍ㄟ^PN結(jié)時(shí)，要消耗一定的功率而引起管子發(fā)熱，如管子長期超過運(yùn)行，會因過熱而燒毀，因此，使用的最大平均正向工作電流不得超過。(2)光功率是指輸入到發(fā)光二極管的電功率轉(zhuǎn)化為光輸出功率的那一部分。光功率越大，發(fā)射距離越遠(yuǎn)。（3）峰值波長是指紅外發(fā)光二極管所發(fā)出近紅外光中，光強(qiáng)最大值所對應(yīng)的發(fā)光波長，在選用紅外接收管時(shí)，其受光峰值波長應(yīng)盡量靠近。(4)反向漏電流是指管子未被反

46、向擊穿時(shí)反向電流的大小，希望它越小越好。（5）響應(yīng)時(shí)間t0由于紅外發(fā)光二極管PN結(jié)電容的存在，影響了它的工作頻率。現(xiàn)在，紅外發(fā)光二極管的相應(yīng)時(shí)間一般為最高工作頻率為幾十。 3.紅外發(fā)光二極管使用事項(xiàng)及簡易測試（1） 爭相平均工作電流不要太大 管子的正向平均工作電流不得超過產(chǎn)品參數(shù)給出的工作電流。（2） 加裝散熱片對中大功率管，工作電流一般較大，為了管子不因發(fā)熱損壞，應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用電流的大小，考慮加裝散熱片。（3） 防水、防油污、防機(jī)械損傷有些紅外發(fā)光二極管在制作時(shí)管芯裝在管座上，未加裝帽封裝，使用時(shí)要注意防水、防油污及機(jī)械損傷，如作為遠(yuǎn)距離控制，可加裝聚光透鏡，這樣不僅可以大大提高作用距離，同

47、時(shí)聚光透鏡也是管子的一種封裝保護(hù)。（4） 紅外發(fā)光二極管安裝方法紅外發(fā)光二極管安裝在發(fā)射器上時(shí)，應(yīng)有發(fā)射窗口，窗口可用紅色或白色透明有機(jī)玻璃封口，以便能夠透過紅外線，又能防塵。當(dāng)然，紅外發(fā)光二極管也裸露在外。（5） 紅外發(fā)光二極管測試方法紅外發(fā)光二極管測試方法非常簡單，用萬用表R X 1K檔測量，正向電阻在30K左右，反向電阻在200K以上的管子是好的。反向電阻越大，漏電流越小，質(zhì)量越好。若反向電阻只有幾十K，說明管子質(zhì)量不好，但可使用。若管子的正向的反向電阻都為無窮大或?yàn)榱?，說明管子是廢品，不能使用。二.紅外光敏二極管1. 紅外光敏二極管原理與結(jié)構(gòu)我們知道半導(dǎo)體具有光電效應(yīng)，即用光照半導(dǎo)體，

48、可使半導(dǎo)體的電阻率發(fā)生變化。利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)可以制成光電二極管，不同的半導(dǎo)體材料對不同波長的入射光的響應(yīng)是不同的。光敏二極管有頂面受光和側(cè)面受光兩種形式。它也是采用塑料、玻璃、環(huán)氧樹脂等材料封裝。2.光敏二極管的主要參數(shù)（1）光電流IL是指在一定反向電壓下，入射光強(qiáng)為某一定值時(shí)流過管子的電流。光敏二極管的光電流一般為幾十A，并與入射光強(qiáng)成正比。（2）暗電流ID 是指在一定反向電壓下，無光照時(shí)流過管子的電流。一般在50V反壓下，ID小于0.1A。（3）反向工作電壓UR 是指在無光照時(shí)，光敏二極管反向電流小于0.2A-0.3A時(shí)，允許的最高反向工作電壓，一般在10V左右，最高可達(dá)幾十伏。（4）

49、峰值波長p 是指光敏二極管光譜響應(yīng)最靈敏的波長范圍，一般為0.88M-0.94M。3.光敏二極管的簡單測試（1）電量測量法 一般用萬用表R X 1K檔，光敏二極管的正向電阻較普通二極管大些，約十幾K左右，反向電阻隨光照變化。無光照時(shí)（用物體將管子擋住，不讓光照射），反向電阻接近無窮大，說明漏電流大。管子的反向電阻至少應(yīng)在500K以上，有光照射時(shí)（在較強(qiáng)日光或燈光下），反向電阻越小越好，一般應(yīng)在20K以下。若有光照射時(shí)反向電阻為窮大或?yàn)榱悖f明管子是壞的。光敏二極管的引線較長的一根是正極。（2）電量測量法 一般用萬用表電壓檔0.5V或1V檔測量，萬用表的“+”、“-”分別與光敏二極管“+”、“-

50、”相連，在光照下，電壓表指示一般可達(dá)0.3V-0.4V，說明光敏二極管是好的。三.紅外光敏三極管光敏二極管的光電流僅為A級，光敏靈敏度還不夠高，而光敏三極管的光電流可達(dá)MA級，且具有較高的靈敏度。1. 紅外光敏三極管的結(jié)構(gòu)與原理紅外光敏三極管與普通三極管結(jié)構(gòu)一樣，具有兩個(gè)PN結(jié)，一般基極無引線，它可以等效成一個(gè)b c結(jié)是光敏二極管的三極管。無光照時(shí)，只有很小的集電極-基極漏電流，所以光敏三極管暗電流很小。在光照時(shí)，集電極-基極的反向電流就會因光照增大很多。當(dāng)三極管的電流放大系數(shù)為時(shí)，光敏三極管的光電流要比相應(yīng)光敏二極管的光電流大。2. 紅外光敏三極管的主要參數(shù)（1）最大功耗是指光敏三極管能夠安

51、全工作而不致?lián)p壞的最大耗散功率，光敏三極管的最大功耗一般為幾十。（2）最高工作電壓是指在光照射時(shí)，在管子不被擊穿的前提下集電極與發(fā)射極之間的最高工作電壓，一般為10V-幾十V。光電三極管的其它參數(shù)，如光電流IL暗電流ID等與光敏二極管定義相同3. 紅外光敏三極管的簡單測試（1）電阻測量法用萬用表檔，首先，萬用表紅表筆接C極，黑表筆接E極（管子長腳為E極，短腳為C極），由于這種接法管子所加電壓極性（E為“+”、C為“-”）不符合正常工作條件，因此無論是有光照還是無光照，管子兩端電阻都是非常大的，一般應(yīng)接近無窮大。然后將紅、黑筆調(diào)換，這種接法下所加符合正常工作條件，當(dāng)無光照時(shí)（用物體遮住管子，使其

52、不受任何光照），電阻多在無窮大附近，否則認(rèn)為漏電流太大。當(dāng)有光照時(shí)（將管子移致強(qiáng)光線下），電阻應(yīng)從原來的無窮大變?yōu)閹装贇W，至少也應(yīng)有幾千歐以下，否則說明管子靈敏度太底；若電阻為無窮大，說明管子是壞的。（2）電量測量法將光敏三極管的C極與E極之間接上10V左右的工作電壓（C為“+”、E為“-”） 并在回路里接上電流表，當(dāng)無光照射時(shí)，電流指示為暗電流，小于。當(dāng)有光照時(shí)，電流指示光電流；一般在之間，有的管子可達(dá) 2.2紅外線測距的工作原理對某一特定物體距離的測量是光學(xué)儀器領(lǐng)域的熱門課題之一。在機(jī)器人視覺方面,快速精確的測距系統(tǒng)使機(jī)器人迅速準(zhǔn)確地判斷目標(biāo)與機(jī)器人的距離,以便使機(jī)器人迅速做出相應(yīng)的判斷和

53、動作。各種測距方法很多, 目前應(yīng)用較多的主要有PSD 測距法、超聲時(shí)間法、帶運(yùn)動機(jī)構(gòu)的雙象比較法和反射能量法。PSD測距法利用三角測距原理,用一種稱之為位置敏感器件(Position Sensitive Device) 的PSD 元件來獲得二路輸出信號, 根據(jù)這二路信號來獲得物體的距離量值。超聲時(shí)間法測量一束超聲波從發(fā)射到反射回儀器的時(shí)間來判斷被測距離。帶運(yùn)動機(jī)構(gòu)的雙象比較法則比較復(fù)雜, 系統(tǒng)中有二套光路對被測物體成像，其中一套光路是經(jīng)過可運(yùn)動的反光鏡獲得的,接收系統(tǒng)及時(shí)比較二套光路來的圖像, 當(dāng)二者一致時(shí), 就可根據(jù)可運(yùn)動反光鏡的位置來獲得物體的距離信息。反射能量法中儀器發(fā)射一束光(通常是近

54、紅外光) 照射到被測物體表面,儀器同時(shí)接收被測物體的反射光能量, 根據(jù)接收到的反射光能量來判斷被測物體的距離。我們在紅外測距系統(tǒng)就是采用反射能量法。紅外傳感器的測距基本原理為紅外發(fā)射電路的紅外發(fā)光管發(fā)出紅外光，經(jīng)障礙物反射后，由紅外接收電路的光敏接收管接收前方物體反射光，據(jù)此判斷前方是否有障礙物。根據(jù)發(fā)射光的強(qiáng)弱可以判斷物體的距離，由于接收管接收的光強(qiáng)隨是隨反射物體的距離變化而變化的，因而，距離近則反射光強(qiáng)，距離遠(yuǎn)則反射光弱。因?yàn)榧t外線是介于可見光和微波之間的一種電磁波，因此，它不僅具有可見光直線傳播、反射、折射等特性，還具有微波的某些特性，如較強(qiáng)的穿透能力和能貫穿某些不透明物質(zhì)等。紅外傳感器

55、包括紅外發(fā)射器件和紅外接收器件。自然界的所有物體只要溫度高于絕對零度都會輻射紅外線，因而，紅外傳感器須具有更強(qiáng)的發(fā)射和接收能力。2.3 紅外線測距的基本結(jié)構(gòu)在自主移動機(jī)器人的實(shí)時(shí)避障和路徑規(guī)劃過程中，機(jī)器人須依賴于外部環(huán)境信息的獲取，感知障礙物的存在，測量障礙物的距離。目前，機(jī)器人避障和測距傳感器有紅外、超聲波、激光及視覺傳感器。激光傳感器和視覺傳感器價(jià)格貴，對控制器的要求較高，因而，在移動機(jī)器人系統(tǒng)中多采用紅外及超聲波傳感器。越障機(jī)器人在行進(jìn)過程中需要不斷地獲取關(guān)于前方障礙的信息，從而對機(jī)器人進(jìn)行有效地控制。由于機(jī)器人體積小，對傳感器要求精度高，因此采用單片機(jī)進(jìn)行控制。ATmega16芯片內(nèi)

56、有8通道、具有10位精度的A/D轉(zhuǎn)換模塊，我們利用這種單片機(jī)設(shè)計(jì)了一個(gè)紅外測距系統(tǒng)。由于超聲波測距存在盲區(qū)問題，故為了解決超聲波傳感器的盲區(qū)問題,系統(tǒng)加入了紅外測距傳感器模塊。該模塊由紅外發(fā)射電路、紅外接收電路、RS485通訊、ATmega16芯片、鍵盤接口電路、報(bào)警電路及LED顯示電路等組成。其組成框圖如圖2所示： 圖23 紅外測距的硬件設(shè)計(jì)3.1 紅外測距的實(shí)現(xiàn)構(gòu)想在機(jī)器人制作中，多數(shù)系統(tǒng)采用單一傳感器進(jìn)行信息采集，超聲波傳感器因?yàn)榇嬖跍y量盲區(qū)的問題，測距范圍一般在30300cm之間；因而，在距離障礙物025cm之間時(shí)，超聲波傳感器將出現(xiàn)盲區(qū)。相反，紅外測距傳感器的探測距離較短，一般在幾十厘米之內(nèi)，它可以在一定程度上彌補(bǔ)超聲波傳感器近距離無法測量的缺點(diǎn)。所以，在可移動機(jī)器人避障系統(tǒng)中我們裝上紅外傳感器進(jìn)行測距。在近距離時(shí)，紅外傳感器對距離信息進(jìn)行測量和采集。為了實(shí)現(xiàn)紅外測距，在硬件設(shè)計(jì)中，