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1 绪论
1.1 研究背景与意义
传感器在当代基础学科的研究中有着非常重要的地位。现代科学技术的发展逐渐步入了很多新的领域，在测距方面也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等。其中激光测距是发射激光束，使激光束照射在物体上，利用反射回来的激光束测量物体的距离。受多变的天气、环境的污染等客观因素的影响，会使反射回来的激光束在一定功率上的测量距离比可能测量的最大距离减少[1]一半左右，损失很大，对测量的精准度影响很大；微波雷达测距技术一般专为军事和某些工业开发，使用的装备和振荡器等电路部分价格昂贵，对于民用市场利用率不高；超声波测距在国内外陆续有人做过研究，但是需要特殊采用专用的元件，以至其价格稍高，难以普遍推广；红外线虽然是一种特殊的光波，但具有光波的反射、折射、散射等基本物理传输特性，且其技术难度相对较低，构成的测距系统成本低廉，性能优良，便于民用推广[1]。
红外线测距传感器有它的几个特点：远距离测量，在没有反光板、反射率较低的情况下能够测量到较远的距离；有同步输入端，可以实现多个传感器同步测量；测量的范围广且响应时间短；外形设计紧凑，便于安装，易于操作等。以上的几个特点导致红外测距应用范畴广、行业需求多、市场需求空间大。
1.2 研究现状
1.3 本课题所做的工作
本课题基于微控制器芯片，完成红外测距系统电路硬件与软件设计。研究的主要内容为微控制器电路、传感器电路、无线传输电路与语音播报电路，在硬件设计的基础上，进行软件设计。通过Cadence软件进行硬件电路原理图的设计与PCB板的设计；在MPLAB编译环境中进行软件的编写与编译；最后进行系统硬件和软件的集成测试，给出红外测距系统的调试、测量结果并对设计进行完善。
1.3.1 硬件系统的设计和创建
首先，根据预先的设计目标，通过Cadence软件设计了一个基于微控制器的红外测距系统的硬件平台，并且成功地做出了实物。该硬件系统以dsPIC30F6010A为核心，并结合了数据显示、红外测距仪、蓝牙模块、语音播报模块等各项功能器件。经过测试，发现硬件电路能够实现预期的功能且性能十分稳定，这为后续操作应用程序的编写打下了基础。
1.3.2 软件系统的设计
软件系统决定了红外测距系统是否能够快速、精确的工作。完成了硬件系统的设计与实现之后，着力软件系统的设计。它包含了测距系统获取数据的处理、液晶屏的显示、蓝牙模块的处理以及语音播报功能的实现。经过不断的调试、修改，最终使得预期的所有功能得以实现。
1.4 本课题系统设计的流程
本课题所做整个系统的设计流程分为2个大的步骤，依次是硬件系统的构建和各个模块的软件编写。每一个环节都需要进行功能测试并对出现的问题加以修改，测试无误后方可进入下一个步骤。设计流程图如图1.1所示。
图1.1 系统设计流程图
1.5 论文结构安排
本论文的内容安排如下：
第一章绪论主要讲述了本课题的研究背景，概括了红外测距的研究背景和研究现状，对本课题所做的工作进行了简要的说明并介绍了系统的总体结构。
第二章介绍了系统硬件的设计，详细讲述了本课题所设计的硬件电路板的基本组成原理和系统实现的功能。
第三章详细论述了系统软件的设计，包括代码的修改与调式。
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