單片機(jī)距離量測方案

個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用基于單片機(jī)的距離量測設(shè)計光源發(fā)出的光線經(jīng)過會聚透鏡投射到被測物體表面，其漫反射光經(jīng)成像在光電檢測器件<PSD或CCD）上。在傳感器上成像光斑的中心位置由傳感器與被測物體表面之間的距離決定。光電檢測器件輸出的電信號與傳感器上光斑的中心位置通過對光電檢測器件輸出信號進(jìn)行運算處理就可獲得傳感器與被測物體表面之間的距離信息。一、基于PSD的三角測距的基本原理半導(dǎo)體激光器所發(fā)出的光束經(jīng)透鏡發(fā)射變成近似平行光束，照射在被測物上，被測物散射回來的光線通過接收透鏡會聚到傳感器并形成光斑。在被測物體、散射光線、傳感器與接收透鏡的光軸所在的平面形成兩個相似三角形，只要測出光斑在傳感器上的位置，就可根據(jù)已知的參數(shù)得到距離的比值關(guān)系。PSD具有位置分辨率高 <PSD一般為幾微 M），響應(yīng)速度快，器件小、噪聲低、直接由光信號轉(zhuǎn)換成為電流信號、外圍電路簡單等優(yōu)點，所以采用它作為傳感器件。b5E2RGbCAP已接收透鏡所在的光軸為測量距離：激光源AdδCBθOByfPSD 透鏡圖1激光源三角法測距原理D1/13個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用光斑在O點以上，則ytanθ=d+CD,光斑在O點以下，則ytanθ=d﹣CD可得推導(dǎo)公式為： y=fd/(ftanθ-δ> <1）δ為PSD的光斑到中心的距離，O點以上為正值，O點以下為負(fù)，y值為BC的距離。所以只要求出δ的值就可將y值算出來。p1EanqFDPw根據(jù)PSD的原理有散射光入射時如圖 1：LXX’AC O PIN

BDXDiTa9E3dC點是被測物體在 PSD上產(chǎn)生的光斑。設(shè) AC段的電阻值為 Ra,BC段的電阻值為 Rb,則光電流分為兩路 <分別通過 Ra和）有電極 AB流出。其值分別為RTCrpUDGiTI1和I2。I1Ra=I2Rb (2>I0=I1+I2 (3>如果光敏面的表面電阻層具有理想的均勻性，則關(guān)于 X’的距離公式：R0<L/2-X'）I1=R0<L/2+X’）I2X’=L/2*<I2-I1）/<I21）<4）+I其中X’為光斑中心位置對零點的偏移，L為PSD兩電極間距離。二、系統(tǒng)實施方案<一）系統(tǒng)組成模塊2/13個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用系統(tǒng)主要由以下幾個模塊構(gòu)成，在需要測量時，給單片機(jī)發(fā)出信號，單片機(jī)啟動激光器發(fā)射裝置和 A/D轉(zhuǎn)換器。被測物面

發(fā)射裝置接I/V電模A/D單數(shù)收轉(zhuǎn)壓擬片據(jù)轉(zhuǎn)裝放運機(jī)顯換置大算換處示理光學(xué)部分電學(xué)部分<三）、電學(xué)部分的描述 5PCzVD7HxA電學(xué)部分主要由信號的轉(zhuǎn)換、處理、運算、以及顯示四個部分組成由PSD出來的信號為兩路電流信號，所以，需要兩路的信號處理電路，參數(shù)方案如下：I/V放大加法器除電A/D單法壓片PSD器跟轉(zhuǎn)機(jī)隨換器I/V放大減加法器大器<三）、設(shè)計要求1、要求PSD輸出的電流大小為微安級，經(jīng)過 I/V轉(zhuǎn)換后的電壓范圍在<0.1~1V）3/13個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用范圍內(nèi)2、電壓放大電路要求：放大倍數(shù)范圍為 5~103、電壓跟隨電路：由于ADC0809只轉(zhuǎn)換單極性模擬輸入電壓，由于被轉(zhuǎn)換的信號可能是雙極性的模擬信號，則需增加極性轉(zhuǎn)換電路，雙極性模擬信號轉(zhuǎn)換為單極性模擬信號，再送入ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換jLBHrnAILg4、單片機(jī)數(shù)據(jù)處理選用的單片機(jī)位 AT89C51，一個按鈕接在 INT0端，設(shè)置 INT0為邊沿觸發(fā)方式，當(dāng)需要測量時，按下按鈕向 51提出中斷，并啟動激光器發(fā)射， 10ms后，89C51啟動0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，當(dāng)轉(zhuǎn)換完畢，0809提出中斷，51讀取其數(shù)據(jù)，通過動態(tài)掃描法將數(shù)據(jù)顯示在LED上。xHAQX74J0X5、程序流程圖：包括主程序流程圖和中斷子程序流程圖6、顯示部分程序匯編編程程序三 、 電 路 參 數(shù) 確 定 及 芯 片 選 擇1、I/V轉(zhuǎn)換電路(放大器A1、A1′>U01=﹣Rf1I1設(shè)I1為1~10微安，當(dāng)Rf1=100k時I/V轉(zhuǎn)換后第電壓范圍為0.1~1V，同理得U011′=﹣Rf2I2，得Rf1=Rf2=100k2、放大部分取Av=5<反相放大器A2、A2′）根據(jù)虛斷和虛短的概念有 :Up≈Un，Ii=0可得：U01=Un≈Up ，U02=－UR22=－R22U01/R21Av=－R22/R21=－5,得R22/R21=5，取R22=50K，R21=10K同理得R22′=50K，R21′=10K4/13個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用3、<1）同相加法器A3由虛短UP31-Un31=0，虛斷的概念得:I33+I34=I35得(U02-UP31>/R33+(U02′-UP31>/R34=UP31/R35<1/R33+1/R34+1/R35>UP31=U02/R33+U02′/R34UP31=RP<U02/R33+U02′/R34>，其中RP=<1/R33+1/R34+1/R35>U031=UP31<1+R32/R31>=RP<1+R32/R31><U02/R33+U02′/R34）=<R31+R32）/R31*R32/R32*RP*<U02/R33+U02′/R34）=R32/<R31∥R32）*RP*<U02/R33+U02′/R34）=R32*RP/RN*<U02/R33+U02′/R34），其中RN=R31∥R32當(dāng)RN=RP，即1/R32+1/R31=1/R33+1/R34+1/R35時U031=R32<U02/R33+U02′/R34）所以當(dāng)R32=R33=R34且1/R32+1/R31=1/R33+1/R34+1/R35時，U031=U02+U02′取R32=R33=R34=1K，又1/R32+1/R31=1/R33+1/R34+1/R35，1/R31=1+1/R35取R31=500，R35=1K綜 上 所 述 得 R31=500 ，R32=R33=R34=R35=1K<2）同相減法器A3′根據(jù)虛斷和虛短的概念有 :Up≈Un，Ii=0可得：I31′=I34′，5/13個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用即<U02-Un）/R31′=<Un–U032）/R34′I32′=I33′，即<U02′-Up）/R32′=Up/R33′當(dāng)R31′=R32′=R33′=R34′時，U032=U02′-U02取R31′=R32′=R33′=R34′=5004、除法器<A4、A4′）利用虛地的概念有：U032/R41+U42/R42=0由乘法器A的功能可得：U42=kU031U041由上兩式可得：U041=–R42/<kR41）*U032/U031由反相放大器A4′得：U042=－U041R42′/R41′，當(dāng)取R42′=R41′=10K時U042=R42/<kR41）*U032/U031當(dāng)取PSD兩電極間距離L=2毫M時，取k=1000，R42=R41=10K綜上所述得：R42=R41=R42′=R41′=10K5、電壓跟隨器A5根據(jù)虛斷和虛短的概念有 :Up5≈Un5，Ii=0可得：R52<5-U042）/<R51+R52）+U042=Up5=U05當(dāng)R51=R52=10K時，U05=<5+U042）/2，當(dāng)U042在－5V~5V之間變化時，其輸出U05范圍在0V~5V6、A/D轉(zhuǎn)換部分6/13個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用LDAYtRyKfEADC的8個模擬量輸入通道IN0~IN7，每個通道號占一個地址號，由通道ALEDQCKQ芯片在系統(tǒng)中相當(dāng)于一個外圍選擇線ADDA、ADDB、ADDC來決定。由于A/DCLKREF<+）芯片，現(xiàn)取P2.7低電平有效作為ADC0809的片選信號，則REF<-）的地8個通道IN0~IN7GQ0ADDAWR下降沿使址號分別為7FF8H~7FFFH。當(dāng)片選信號與D0WRQ1有效信號相配合，利用P00Q2ADDB～ADDCSTART及ALE信號變高電平有效，來鎖存地址信號。在WR上升沿時刻，START信號～D7IN0U05P07由高電平變低電平啟動A/D轉(zhuǎn)換。片選信號與單片機(jī)的讀信號RD經(jīng)一級或非門后IN1IN2產(chǎn)生正脈沖信號OE來控制讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。ALE經(jīng)過雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)行二分頻，產(chǎn)AD89C51DB0IN3生CLK所需的時鐘信號。Zzz6ZB2Ltk7、數(shù)據(jù)顯示部分WRP2.7RDALEP3.3ALEP00AD0PB0~INT1~~P07AD7PB7

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IN4DB7 IN5START IN6ALE IN7OEADC0809驅(qū)動器EOC7407WRWRAD89C51與ADC0809的接口邏輯RDRDLED3LED2LED1P2.0IO/M反P2.6CEPA2相驅(qū)AT89C51~動8155PA0器動態(tài)數(shù)據(jù)顯示接口電路圖 7404dvzfvkwMI1圖示為共陰極動態(tài)顯示接口電路，在 AT89C51內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器 RAM的55H、56H、57H中存放待顯示的三位數(shù)據(jù)，編程并行接口芯片 8155的PB口作為LED的字形輸出口，PA口作為LED的字位輸出口，顯示時從最右邊的一位 LED<即個位）開始點亮，用 AT89C51的P2.6(地址總線A14>作為8155的片選信號，由接線可知8155的RAM地址為BE00H~BEFFH，I/O口的地址為 BF00H~BF05H，8155的PA口掃描輸出總是僅有一位為高電平，經(jīng)過反向驅(qū)動器后三位 LED中只有一位公共陰極為低電平，其他位為高電平， 8155的PB口輸出相應(yīng)位<陰極為7/13個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用低）的顯示數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)，使某一位顯示出一個字符，其他位為暗，依次地改變PA口輸出為高電平的位， PB口輸出對應(yīng)的段數(shù)據(jù)，三個 LED就顯示出待顯示的三位數(shù)。rqyn14ZNXI四、程序流程圖及數(shù)據(jù)顯示子程序< 一 ） 流 程 圖EmxvxOtOco開始程序初始化<設(shè)置f,d,tanθ等的初值）中斷初始化是否有按N鈕按下Y啟動激光器開中斷INT0等待主程序流程圖8/13個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用SixE2yXPq5INT0中斷入口保護(hù)現(xiàn)場初始化外部中斷初始化數(shù)據(jù)采集延時10ms啟動A/D轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換 N是否結(jié)束Y開中斷INT1現(xiàn)場恢復(fù)中斷返回INT0中斷子程序流程圖9/13INT1中斷入口保護(hù)現(xiàn)場設(shè)置初值讀A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果并轉(zhuǎn)存 到數(shù)據(jù)處理得到y(tǒng)值y→50H轉(zhuǎn)換為三位十進(jìn)制個位→55H十位→56H百位→57H數(shù)據(jù)顯示現(xiàn)場恢復(fù)中斷返回INT1中斷子程序流程圖

個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用開始清除顯示置8155的PA口、PB口為輸出方式顯示緩沖器指針初值55H→R0置掃描模式初值01H→R2R2→8155PA取顯示數(shù)據(jù)，查表轉(zhuǎn)換為段數(shù)據(jù)→8155PB延遲5.151ms顯示緩沖 器指針R0加1Y<R2）．2=1?NR2左移一返回數(shù)據(jù)顯示流程圖10/13個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用6ewMyirQFL<二）顯示部分程序匯編編程程序1、二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制的子程序：設(shè)y<256，且y值存放在緩存單元50H中，假定轉(zhuǎn)換后的十進(jìn)制數(shù)的個位存放在55H中，十位存放在56H中，百位存放在57H中，則二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制的子程序如下：kavU42VRUsCONVERT：MOVA，50HMOVB,#64HDIVABMOV57H,A。百位→57HMOVA,#0AHXCHA,BDIVABMOV56H,A；十位→56HMOV55H,B；個位→55HRET2、顯示子程序顯示時從最右邊的一位 LED<即個位）開始點亮，由接線可知 8155的RAM地址為BE00H~BEFFH，I/O口的地址為 BF00H~BF05H，顯示子程序如下： y6v3ALoS89REMVDSP:MOV SP,#80HMOV DPTR,#BF00H。清除顯示部分MOV A,#03HMOVX@DPTR,AMOV R2，#01HREMVDSP1:MOVDPTR,#BF01HMOVX@DPTR,AMOVDPTR,#BF10HMOVA,#00HMOVA,R211/13個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用JB ACC.2,DISPLAYRLAMOVR2,AAJMPREMVDSP1DISPLAY:MOV DPTR,#BF00H；數(shù)據(jù)顯示部分MOV A,#03HMOVX@DPTR,A ；置8155的PA口、PB口為輸出方式MOVR0,#55H ；置顯示緩沖器指針初值MOVR3,#01H ；置掃描模式初值MOVA,R3MOVX@DPTR,AMOVDPTR,#BF10HMOV A,@R0；取顯示數(shù)據(jù)ADD A,#0DH；加偏移量MOVCA,@A+PC；查取段碼值MOVX@DPTR,A；段碼→8155PB口ACALLDELAY；延時5.151msINC R0MOVA,R3JB ACC.2,DISPLAY2；判三位LED是否顯示完RL A ；掃描模式左移一位MOV R3,AAJMP DISPLAY1DISPLAY2:RETLOOP: DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,67H ；段碼表M2ub6v