基于夏普红外传感器物体测距系统设计-开题报告

中 北 大 学毕业论文开题报告学 生 姓 名： 学 号：学 院 、 系 ： 信息与通信工程学院专 业 ： 电气工程及其自动化论 文 题 目 ： 基于夏普红外传感器物体测距系统设计指 导 教 师 : 2013 年 3 月 10 日毕 业 论 文 开 题 报 告1结合毕业论文情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文 献 综 述在基础学科研究中传感器具有突出的地位。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，由于采用特殊专用元件使其价格高，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。红外线测距传感器有它的几个特点远距离测量在无反光板和反射率低的情况下能测量较远的距离有同步输入端可多个传感器同步测量，测量范围广、响应时间短、外形设计紧凑、易于安装、便于操作，所以它的应用价值比较高。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。当前红外测距仪的发展趋势是向测量更安全、测量精度高、系统能耗小、体积小型化方向发展。红外测距传感是用红外线为介质的测量系统，按照功能可分成五类：（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像；（4）红外测距和通信系统；（5）混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。 按探测机理可分成为光子探测器和热探测器。红外传感技术已经在现代科技、国防和工农业等领域获得了广泛的应用。传感器具有一对红外信号发射与接收二极管，利用的红外测距传感器 LDM301 发射出一束红外光，在照射到物体后形成一个反射的过程，反射到传感器后接收信号，然后利用 CCD 图像处理接收发射与接收的时间差的数据。经信号处理器处理后计算出物体的距离。这不仅可以使用于自然表面，也可用于加反射板。测量距离远，很高的频率响应，适合于恶劣的工业环境中。特点：1）远距离测量，在无反光板和反射率低的情况下能测量较远的距离；2）有同步输入端，可多个传感器同步测量；3) 测量范围广，响应时间短；4) 外形设计紧凑，易于安装，便于操作；发展前景：咨询公司 INTECHNOCONSULTING 的传感器市场报告显示，2008 年全球传感器市场容量为 506 亿美元，预计 2010 年全球传感器市场可达 600 亿美元以上。调查显示，东欧、亚太区和加拿大成为传感器市场增长最快的地区，而美国、德国、日本依旧是传感器市场分布最大的地区。就世界范围而言，传感器市场上增长最快的依旧是汽车市场，占第二位的是过程控制市场，看好通讯市场前景。一些传感器市场比如压力传感器、温度传感器、流量传感器、水平传感器已表现出成熟市场的特征。流量传感器、压力传感器、温度传感器的市场规模最大，分别占到整个传感器市场的 21%、19%和 14%。传感器市场的主要增长来自于无线传感器、MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems，微机电系统)传感器、生物传感器等新兴传感器。其中，无线传感器在 2007-2010 年复合年增长率预计会超过 25%。目前，全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。有关专家指出，传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高，各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化，竞争也将日益激烈。新技术的发展将重新定义未来的传感器市场，比如无线传感器、光纤传感器、智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器的出现与市场份额的扩大。现在红外传感器夏普传感器简介：PSD(position sensitive detector) 和 IRED (infrared emitting diode) 以及信号处理电路三部分组成。由于采用了三角测量方法，被测物体的材质、环境温度以及测量时间都不会影响传感器的测量精度。传感器输出电压值对应探测的距离。通过测量电压值就可以得出所探测物体的距离。五通道的设计，可以让传感器检测角度为 25内的物体。这款传感器可以用于较长距离测量、避障等场合。在超声波串扰较大的场合，使用这款传感器非常合适。夏普红外测距传感器 GP2Y0A21YK0F 测距：GP2Y0D340K 测距 40cm GP2Y0D21YK0F 测距 24cmP2Y0A21YK0F 测距 10 80cm GP2Y0A02YK0F 测距 20 150cm GP2Y3A003K0F 测距 40 300cm GP2Y3A002K0F 测距 20 150cm GP2Y3A001K0F 测距 4 30cm GP2Y0D805Z0F 测距 5cm GP2Y0D310K 测距 10cm GP2D12J0000F 测距 10 80cm样品：图（1）参考文献：1 李剑峰，原魁，邹伟.自主机器人非视觉传感器数据采集系统的研制J.传感器与微系统，2006(2)：125-129.2 王威.HCS12 微控制器原理及应用M.北京：北京航空航天大学出版社,2007，89-110.(收稿日期：2010-13 罗亚非.单片机应用基础M.北京:北京航空航天大学出版社，2003.31-37，163-188.4 魏永广.现代传感技术M. 哈尔滨：东北大学出版社，2001.7，56-74.5 谢克明.现代控制理论基础M.北京：北京工业大学出版社，2000.2，5-15.6 李朝青.单片机原理及其接口技术M.北京：北京航空航天大学出版社，2006.12,17-129.7 王荣扬基于伪随机序列自相关的多传感器测距系统J北京：中国科学院,20128 宋章军,陈恳,杨向东. 基于红外测距传感器信息的通风管道清扫机器人控制算法 研究J. 制造业自动化. 2006(05)9 王慧娟,袁全波. 基于 ARM 的移动机器人红外测距系统的设计J.北华航天工业学院学报. 2010(02)10 姜仲秋等.C 语言程序设计M，南京：南京大学出版社，1998 年 1 月.3-158.11 赵晓安. MCS-51 单片机原理及应用M. 天津：天津大学出版社，2001.3.79-101.12 蔡维铮.常用电子元器件手册M.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1998.9613 毕满清主编电子技术实验与课程设计.第 3 版.北京：机械工业出版社，2005.96-99.14 JORG K W,BERG M.Mobile Robot Sonar Sensing with Pseudo-Random code.Procee-ding of the 1998 IEEE International Conference on Robotics and Automation,Leuven,Belgium,1998:2807-2812.15 YAO W L.A Pseudo Random(PR)Code Based Ultrasonic Navigation System(INS).Pro-ceeding of the 2006 IEEE international Conference on Robotcs,Automation and Mechatronics.Singapore.Decr,2004:752-756.16 KOH K C,CHOI H J,KIM J S,KO K W,CHO H S.Sensorbased navigation of air-duct inspection mobile robotsA.Proceeding of SPIE-The international Society for Optical EngineeringC.2001,4190:202-211. 毕 业 论 文 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：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。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（2）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 3：Sharp GP2D12 输出曲线作者思路：在整个系统运行过程中，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 单片机接受到红外接受电路传输的电压信号后，经 A/D 转换程序，讲片外的模拟信号转换为单片机可以识别的数字信号，并经电压距离转换子程序，讲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。当检测到红外传感器前方有物体时，红外接受头将信息传给单片机，单片机输