实验二红外测距传感器实验.docVIP

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 GND VCC：数字量输出接口(0 和 1) 外接 5V 电源 . 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 / 2048 3. 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 N