基于51单片机的手持式激光+测距仪设计与实现

目录
第一章 绪论 2
1.1 课题的背景和意义 2
1.2 国内外现况 3
1.3 本课题主要研究内容 4
1.最小的单芯片系统的硬件设计; 4
2.液晶屏的硬件设计; 4
3.警告声光报警电路; 4
4.硬件功能测试程序。 4
1.4 开发环境介绍 4

1. 开发环境 4
2. 运行环境 5
   第二章 硬件介绍 6
   2.1 STC89C52概述 6
   图2-1 51单片机管脚图 6
   1 主电源引脚 7
   2 时钟源 7
   3 控制,选通或复用 7
   4 多功能I/O端口 7
   2.2 keilC51的开发环境 8
   2.2 Nokia/诺基亚5110 LCD 9
   图2-2 Nokia5110显示屏 10
   2.3 GP2Y0A02YK0F红外激光测距模块 10
   1、距离测量范围： 20 to 150 cm 10

2. 信号输出类型：电压模拟信号 10
3. 包装尺寸：29.5×13×21.6 mm 10
4. 功耗： 标称值33 mA 10
5. 供电电压：4.5 to 5.5 V 10
   6.精度和采集的AD位数以及转化计算公式相关，10AD一般能达到0.1CM 10
   图2-3 测距原理 12
   图2-4传感器数值曲线图 12
   第三章 硬件系统介绍 13
   3.1 红外激光测距的实现构想 13
   3.2 结构框图 13
   图3-1 结构框图 13
   3.3 系统硬件结构电路图 14
   图3-2 整体电路图 14
   3.3.1 ISP电路 14
   图3-3 下载与擦除电路 15
   3.3.2 稳压电路 15
   图3-4 稳压电路 15
   3.3.3 显示模块Nokia5110lcd 15
   图3-5 5110显示电路 16
   3.3.4 键盘 16
   图3-6 按键 17
   3.3.5红外激光测距模块 17
   图3-7 测距模块 17
   3.3.6复位电路 17
   图3-8 复位电路 18
   3.3.7 时钟电路 18
   图3-9 时钟电路 19
   3.3.8蜂鸣器电路 19
   图3-10 蜂鸣器电路 19
   3.4测距原理与测距方法的选择 20
   3 3.1相位激光测距 20
   3.4.2脉冲法激光测距 20
   3.4.3 激光三角法测距 21
   3.4.4激光的选择 22
6. 采用红外激光的发光二级管，结构很简单，体积小，成本较低 23
7. 对红外的调制很简单，能够实现编码发射 23
8. 红外线不会通过阻碍物 23
9. 具有低耗能，反应快的特点 24
10. 具有极强的在干扰环境下工作的能力 24
11. 不会对环境造成污染，基本上对于人畜无害 24
    第四章 软件系统设计 25
    4.1 系统软件流程图 25
    图4-1 软件流程图 25
    4.2 部分代码 26
    LCD部分 26
    c -= 32; 27
    x <<= 3; 27
    y <<= 1; 27
    第五章 实物制作与调试说明 31
    5.1 材料的选择 31
    5.2 电路板PCB的设计 31
    5.3 印刷电路板的制作 32
    5.4 单片机测试 32
    5.5 电路调试 32
    5.6 红外激光测距的调试 33
    第六章 总结 33

第一章 绪论
1.1 课题的背景和意义
这个项目的需求是不用进行接触测量，开发出运行快速，准确度高，而且具有能够忍受强干扰，体积小，重量轻的激光测距仪。激光测距仪作为一种不用进行接触测量仪器已被广泛用在遥感探测，精密测量，建筑安全，安全防卫监控，智慧控制等领域，覆盖了各种技术学科。目前广泛使用的激光测距仪，主要用脉冲和相位式,还有激光三角法测距,三角测距的特点是简便、精度高,不用考虑接收发射时间。测量准确度受光学系统和CCD成像系统的限制,对接收器件要求高,同时不能测量透明物体。
激光有多种特性，方向性好，亮度高，单色性好，能够用来进行距离测量。基于编码发射的激光测距仪具有多种特点。尤其是在恶劣的室外环境条件下，利用激光测距不受天气因素的影响，不需要大气能见度，可以全天候观测，也不受地面反射和抗电磁干扰能力，在保密性上有着很大的优势。许许多多的行业需要这种测量仪器，所以具有很广阔的前景。毕业设计的目的是设计一种简单的手持式激光测距仪。采用了夏普GP2Y0A02YK0F测距传感器模块，采用三角测量方法。

1.2 国内外现况
国外许多大学，公司，研究机构进行了激光测距仪的研究。主要有芬兰的奥卢大学、美国的施瓦茨电光公司、埃克森公司等。施瓦茨电光公司为美国国家数据中心研制了无人自动激光海浪测量系统；为美国公路管理局研制了用来监控车辆的激光无人感应系统，从而提高了交通利用率；;还开发研制了军机坠毁激光报警系统。埃克森美孚开发用于海上石油开发的脉冲测距系统。 1992年亚特兰大激光公司为警方专门开发了手持式激光测距测速仪，用于车辆的距离和速度。 美国于1998年开发出了美国塔斯科测距能力800米相机类型LD激光测距仪。美国徕卡展出实用的小LD测距仪，测量距离0.2〜30米。自1995年以来，国际上对人眼安全的激光测距仪研制很快，已经进行了在波长范围800〜900nm的，峰值功率的10W，脉冲宽度为20〜50ns的，重复率1〜10kHz时，测量10米〜1公里非合作目标激光测距仪的研究。
在原有的固体气体激光测距仪基础上，在80年代开始研究。目前，基本技术已经被用于主要是为了解决工程问题，开发各种应用上。航天科工集团八三五八所研制出精度0.5m，测程200m，数据率100Hz的激光测距仪。中国计量学院的电子所通过与国外的同行合作，研制成功了一种测距达到1千米，精度达到一米，使用线性放大技术的方便携带的激光测距仪。国内公司也开展了研究，位于常州的来赛公司研制半导体激光测距仪，它的探测距离达到200m、测距的精度也达到0.5m。西南技术物理研究所还研究了激光高的表，它的工作范围2—800米，测量精度达到1m，使用工作波长为905nm，一秒钟内重复发射一百次。激光器波长范围是从375nm~1650nm。现在，在市场上有多种的手持激光测距仪器，有一种是半导体激光仪，它发射的激光频率大约是905nm和1540nm。还有一种是是GAY激光，它工作的波长为1064nm。现在，人们越来越追求设备的安全性和无害性，所以对身体有危害的1064nm的YAG激光目前在外国的便携激光测距中完全取消了。因为如果它不小心照到使用者的皮肤和眼睛的话，皮肤会受伤，尤其眼睛的伤害可能是一辈子的事。

1.3 本课题主要研究内容
利用红外激光传感器，以单片机为核心，开发设计手持红外激光测距仪，并进行调试。主要包括；
1.最小的单芯片系统的硬件设计;
（1）在上电复位电路自动复位和手动复位。
（2）晶体振荡器电路与无源晶振电路。
（3）发光二极管电路。
2.液晶屏的硬件设计;
（1）选择5110的LCD。
3.警告声光报警电路;
（1）报警输出电路采用蜂鸣器进行报警。
4.硬件功能测试程序。
（1）对于每个模块进行调试。
（2）整体进行调试。
1.4 开发环境介绍

1. 开发环境
   Intel（R）Core TM(2) CPU T2379 1.73GHz
   2G内存 250G硬盘
   Microsoft® Windows™ XP Professional
   Microsoft Visual C++ 6.0 中文版
2. 运行环境
   Intel® Pentium® 2及以上处理器，32M以上内存，4G以上硬盘
   Microsoft® Windows™ 9X/NT/2000/XP操作系统
   800*600或以上的屏幕分辨率

第二章 硬件介绍
2.1 STC89C52概述
单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模技术吧具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM，只读存储器ROM，多种I/O口和中断系统，定时器计数器等功能（还包括显示驱动电路，模拟多路转换器，A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。
因为单片机也是重要的计算机分支领域，所以对其的分类也是十分重要的和必要的。而在将其分类时，我们可以根据单片机本身的发展情况和应用领域，粗略的将其分为如下几个类型：专用型，通用型，非总线型，总线型，工控型，家电型。具体各个类型的用途和发