基于Arduino的紅外測距報警系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種基于Arduino的紅外測距報警系統(tǒng)，屬于紅外測距【技術(shù)領(lǐng)域】。所述系統(tǒng)包括Arduino控制器、紅外編碼模塊、紅外測距模塊、紅外接收電路、報警驅(qū)動電路和報警電路，Arduino控制器的紅外信號輸出端與紅外編碼模塊的紅外信號輸入端連接，紅外編碼模塊的編碼信號輸出端與紅外測距模塊的編碼信號輸入端連接，紅外接收電路的紅外信號輸出端與Arduino控制器的紅外信號輸入端連接，Arduino控制器的報警信號輸出端與報警驅(qū)動電路的報警信號輸入端連接，報警驅(qū)動電路的驅(qū)動信號輸出端與報警電路的報警信號輸入端連接。本實用新型不僅性能穩(wěn)定、精度高，而且其能在惡劣環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)，能夠探測的距離為10cm-80cm，分析判斷險情的速度快，準(zhǔn)確性較高。
【專利說明】基于Arduino的紅外測距報警系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種基于Arduino的紅外測距報警系統(tǒng)，屬于紅外測距【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]紅外線作為一種特殊的光波，具有光波的基本物理傳輸特性一反射、折射、散射等特點，且其技術(shù)難度不大，構(gòu)成的測距系統(tǒng)成本低廉，性能優(yōu)良，便于民用推廣。紅外傳感器具有光束發(fā)散小，定向精度聞，響應(yīng)速度快等優(yōu)點，可提聞系統(tǒng)的測距和定向精度。目如，已有的測距系統(tǒng)所用的測距基本原理都是建立在測量時間差的基礎(chǔ)上，而測量時間的方法主要有脈沖方式和調(diào)頻-連續(xù)波方式。這兩種測量方式都是以模擬電路來實現(xiàn)，由于器件延時的影響，導(dǎo)致測量精度較低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型為解決現(xiàn)有的紅外測距技術(shù)存在的通過模擬電路實現(xiàn)導(dǎo)致的測量精度較低的問題，進(jìn)而提供了一種基于Arduino的紅外測距報警系統(tǒng)。為此，本實用新型提供了如下的技術(shù)方案:
[0004]一種基于Arduino的紅外測距報警系統(tǒng)，包括=Arduino控制器、紅外編碼模塊、紅外測距模塊、紅外接收電路、報警驅(qū)動電路和報警電路，所述Arduino控制器的紅外信號輸出端與所述紅外編碼模塊的紅外信號輸入端連接，所述紅外編碼模塊的編碼信號輸出端與所述紅外測距模塊的編碼信號輸入端連接，所述紅外接收電路的紅外信號輸出端與所述Arduino控制器的紅外信號輸入端連接,所述Arduino控制器的報警信號輸出端與所述報警驅(qū)動電路的報警信號輸入端連接，所述報警驅(qū)動電路的驅(qū)動信號輸出端與所述報警電路的報警信號輸入端連接。
[0005]本實用新型提供的技術(shù)方案通過紅外發(fā)射電路發(fā)送紅外光束，遇到障礙物折返后再通過紅外接收電路接收，并將接收的紅外光束轉(zhuǎn)換成電信號后獲得物體之間的距離，并根據(jù)距離閾值確定是否報警，該系統(tǒng)不僅性能穩(wěn)定、精度高，而且其能在惡劣環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)，能夠探測的距離為10cm-80cm，分析判斷險情的速度快，準(zhǔn)確性較高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0007]圖1是本【具體實施方式】提供的基于Arduino的紅外測距報警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0008]圖2是本【具體實施方式】提供的Arduino控制器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖3是本【具體實施方式】提供的ADC0831將模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號輸出的電路示意圖；
[0010]圖4是本【具體實施方式】提供的報警電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖5是本【具體實施方式】提供的復(fù)位電路的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0012]下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。
[0013]本【具體實施方式】提供了一種基于Arduino的紅外測距報警系統(tǒng)，如圖1所示，包括=Arduino控制器、紅外編碼模塊、紅外測距模塊、紅外接收電路、報警驅(qū)動電路和報警電路，所述Arduino控制器的紅外信號輸出端與所述紅外編碼模塊的紅外信號輸入端連接，所述紅外編碼模塊的編碼信號輸出端與所述紅外測距模塊的編碼信號輸入端連接，所述紅外接收電路的紅外信號輸出端與所述Arduino控制器的紅外信號輸入端連接，所述Arduino控制器的報警信號輸出端與所述報警驅(qū)動電路的報警信號輸入端連接，所述報警驅(qū)動電路的驅(qū)動信號輸出端與所述報警電路的報警信號輸入端連接。
[0014]進(jìn)一步地，如圖1所示，所述系統(tǒng)還可以包括顯示驅(qū)動電路和顯示電路，Arduino控制器的顯示信號輸出端與所述顯示驅(qū)動電路的顯示信號輸入端連接，所述顯示驅(qū)動電路的驅(qū)動信號輸出端與所述顯示電路的驅(qū)動信號輸入端連接。
[0015]具體的，如圖2所示，Arduino控制器的數(shù)字I/O被分成兩個部分，其中每個部分都包含有6個可用的I/O管腳，即管腳2到管腳7和管腳8到管腳13。除了管腳13上接了一個IK的電阻之外，其他各個管腳都直接連接到ATmega上。電路中在每個I/O管腳上加的那個IK電阻被稱為限流電阻，由于發(fā)光二極管在電路中沒有等效電阻值，使用限流電阻可以使元件上通過的電流不至于過大，能夠起到保護(hù)的作用。
[0016]紅外測距模塊可采用GP2D12測距傳感器，其工作原理是由一個紅外發(fā)射管和一個PSD以及相應(yīng)的計算電路構(gòu)成。其中的PSD可以通過檢測光點落在它上面的微小位移，來分辨率達(dá)微米，本【具體實施方式】所用到的GP2D12模塊也正是利用這個特性實現(xiàn)了幾何方式測距。紅外發(fā)射管發(fā)出的光束，遇到障礙物反射回來，落在PSD上，構(gòu)成了一個等腰三角形，借助于PSD可以測得三角形的底，而兩個底角是固定的，由發(fā)射管確定，此時便可通過底邊推算出高，也就是我們所要的距離。因為PSD的尺寸有限，很容易理解為何它的測量距離超出范圍后就不可能是有效數(shù)據(jù)，連趨勢都得不到。從上述原理描述還可以知道，它不是連續(xù)測量，得到底邊長度后，必須經(jīng)過計算才能得到距離值，然后轉(zhuǎn)換為模擬信號輸出。
[0017]如圖3所示，紅外測距模塊能夠?qū)⒓t外線測距的占空比轉(zhuǎn)換成模擬信號進(jìn)而轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出，并與預(yù)先設(shè)置的距離進(jìn)行比較從而達(dá)到測距報警的目的。
[0018]紅外接收電路中的紅外線接收頭的種類很多，引腳定義也不相同，一般都有三個引腳，包括供電腳，接地和信號輸出腳。根據(jù)發(fā)射端調(diào)制載波的不同應(yīng)選用相應(yīng)解調(diào)頻率的接收頭。紅外線接收頭內(nèi)部放大器的增益很大，很容易引起干擾，因此在接收頭的供電腳上須加上濾波電容，一般在22uf以上。一體化的紅外接收頭負(fù)責(zé)對接收到的紅外遙控信號的解調(diào)，將紅外脈沖信號解調(diào)后再輸入到Arduino的引腳，由Arduino進(jìn)行高電平與低電平寬度的測量，遙控信號的還原是通過樹突二進(jìn)制緩沖碼的高電平與低電平及維持時間，當(dāng)接收頭接收到信號時，產(chǎn)生中斷，并對信號電平進(jìn)行識別，并還原為發(fā)送數(shù)據(jù)，這在后面的軟件設(shè)計中具體會介紹到，數(shù)據(jù)流通過Arduino處理后送驅(qū)動控制部分。紅外接收是把發(fā)射電路發(fā)送出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一定格式的控制指令脈沖，能完成紅外線的接收、放大、解調(diào)并還原成發(fā)射格式的脈沖信號。
[0019]為保障系統(tǒng)供電，采用固定額三端穩(wěn)壓器配合整流濾波器，實現(xiàn)初步穩(wěn)壓，利用二極管的單向?qū)щ娦裕捎脴蚴秸麟娐穼崿F(xiàn)將交流電轉(zhuǎn)換為脈動的直流電。用大電容并聯(lián)小電容的方法可有效濾除輸出電壓中的高頻和低頻脈動成分。該方案體積和成本相對較高，但供電穩(wěn)定符合要求。根據(jù)整機要求，電源電路應(yīng)為信號產(chǎn)生電路提供5V電壓，其中5V電壓需要穩(wěn)壓輸出，為此選用了三端集成穩(wěn)壓器，這種三端固定電壓輸出式集成穩(wěn)壓器，使用簡單，價格低，且由于內(nèi)部具有過壓過流保護(hù)，使整機的電源電路穩(wěn)定，性能可靠，外部接20V交流電輸入，經(jīng)絕對值電路，然后濾波通過三端集成穩(wěn)壓器產(chǎn)生5V的直流電壓。
[0020]如圖4所示，作為整個系統(tǒng)的最直接的體現(xiàn)部分，在本系統(tǒng)中采用的是利用蜂鳴器報警。系統(tǒng)會將發(fā)射和接收電路的系統(tǒng)反饋的高低電平轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進(jìn)行比較，信息檢測出是否達(dá)到我們設(shè)定的距離的閥值，若達(dá)到即啟動系統(tǒng)的報警電路。
[0021]如圖5所示，所述系統(tǒng)還可以包括復(fù)位電路，所述復(fù)位電路的復(fù)位信號輸出端與所述Arduino控制器的復(fù)位信號輸入端連接。復(fù)位是Arduino的初始化操作,其主要功能是把PC圖初始化為0000H，使Arduino從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運行出錯或操作錯誤是系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵以重新啟動。復(fù)位電路的基本功能是:系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。復(fù)位電路又叫電源監(jiān)控電路，它必須具備如下功能:上電復(fù)位，掉電復(fù)位。對于Arduino復(fù)位信號的輸入端，其復(fù)位信號是高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù)24個振蕩周期(即2個機器周期)以上，若使用頻率為6MHz的晶振，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)超過4s才能完成復(fù)位操作。復(fù)位操作有上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種方式。上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的。按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與Vcc電源接通而實現(xiàn)的。
[0022]采用本【具體實施方式】提供的技術(shù)方案，通過紅外發(fā)射電路發(fā)送紅外光束，遇到障礙物折返后再通過紅外接收電路接收，并將接收的紅外光束轉(zhuǎn)換成電信號后獲得物體之間的距離，并根據(jù)距離閾值確定是否報警，該系統(tǒng)不僅性能穩(wěn)定、精度高，而且其能在惡劣環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)，能夠探測的距離為10cm-80cm，分析判斷險情的速度快，準(zhǔn)確性較高。
[0023]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實用新型實施例揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于Arduino的紅外測距報警系統(tǒng),其特征在于,包括=Arduino控制器、紅外編碼模塊、紅外測距模塊、紅外接收電路、報警驅(qū)動電路和報警電路，所述Arduino控制器的紅外信號輸出端與所述紅外編碼模塊的紅外信號輸入端連接，所述紅外編碼模塊的編碼信號輸出端與所述紅外測距模塊的編碼信號輸入端連接，所述紅外接收電路的紅外信號輸出端與所述Arduino控制器的紅外信號輸入端連接,所述Arduino控制器的報警信號輸出端與所述報警驅(qū)動電路的報警信號輸入端連接，所述報警驅(qū)動電路的驅(qū)動信號輸出端與所述報警電路的報警信號輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Arduino的紅外測距報警系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括顯示驅(qū)動電路和顯示電路，Arduino控制器的顯示信號輸出端與所述顯示驅(qū)動電路的顯示信號輸入端連接，所述顯示驅(qū)動電路的驅(qū)動信號輸出端與所述顯示電路的驅(qū)動信號輸入端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Arduino的紅外測距報警系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括復(fù)位電路，所述復(fù)位電路的復(fù)位信號輸出端與所述Arduino控制器的復(fù)位信號輸入端連接。
【文檔編號】G01C3/08GK203981163SQ201420450370
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月11日
【發(fā)明者】喬冰, 潘曉偉, 孫霞 申請人:喬冰, 潘曉偉, 孫霞