实验二 红外测距传感器实验.doc

信息工程学院实验报告成 绩：指导老师(签名)：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：2016.10.8 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 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 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。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 MATLAB 可以拟合出计算公式，直接根据电压值计算出距离，假设测量出的电压为 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：说明：串口号可以在设备管理器看到，具体方法如下图所示：3. 用 IAR Embedded Workbench for 8051 8.10 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 CurveDisplay 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：(3). 用 IAR Embedded Workbench for 8051 8.10 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。3. 扩展实验现象(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:熄灭)#define GPIO_GLED P1_0#define GPIO_RLED P1_1/GPIO_KEY定义(0:被按下,1:未按下)#define GPIO_SW1 P1_2#define GPIO_SW2 P1_3void InitClock(void) /初始化时钟 unsigned int i; /turn on 16MHz RC and 32MHz XOSC SLEEPCMD &= 0x04; /wait for 32MHz XOSC stable while(!(SLEEPSTA & 0x40); /chip bug workaround asm(nop); /延时63us for(i = 0; i 504; i+) asm(nop); /Select 32MHz XOSC and the source for 32K clock CLKCONCMD = 0x00; /Wait for the change to be effective while(CLKCONSTA != 0x00); /turn off 16MHz RC SLEEPCMD = 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,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 /P05.2配置为外设IO P0SEL |= 0x3C; /USART 0 I/O location: Alternative 2 location PERCFG &= 0x01; /UART mode U0CSR |= 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57600 U0GCR |= 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, unsigned 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; trunc = (unsigned long)Num; fract = (unsigned long)(Num-(unsigned long)Num)*1000000); /处理小数部分 if (fract = 0) ptri+ = 0; else for(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+ = -; /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;void DelayXus(unsigned int Xus) /延时Xus while(Xus-) asm(nop); asm(nop); asm(nop); void DelayXms(unsigned int X) /延时Xms while (X-) /延时1ms DelayXus(1000); void InitADC(void) /初始化ADC /P0.1配置为外设IO P0SEL |= 0x02; /P0.1配置为模拟IO APCFG |= 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 Pin ADCCON3 |= 0x80; /512 decimation rate (12 bits ENOB) ADCCON3 |= 0x30; /Single channel: AIN1 ADCCON3 &= 0x0F; ADCCON3 |= 0x01; /Wait for the conversion to be done while(!(ADCCON1 & 0x80); /Read the result(最高位为符号位) val = (unsigned int)ADCL; val |= (unsigned int)(ADCH 8); /Treat small negative as 0 val = 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ADC In