實驗二 紅外測距傳感器實驗

1、 信息工程學院實驗報告成 績：指導老師(簽名)：課程名稱： 傳感器原理及應用 實驗項目名稱： 實驗二  紅外測距傳感器實驗 實驗時間： 班級： 姓名： 學號： 一、實 驗 目 的1. 學習 CC2530 單片機 ADC 模塊的使用。2. 學習紅外測距傳感器的使用。二、實 驗 原 理 1. CC2530 節(jié)點與紅外測距傳感器的硬件接口紅外線測距傳感器模塊GP2Y0A21YK0F(1). 紅外測距傳感器模塊(GP2Y0A21YK0F)引腳OUT：模擬量輸出接口(AD 模塊)GND：外接 GNDVCC：數(shù)字量輸出接口(0 和 1) 外接 5V 電源(2) . 傳感器模塊與 CC2530 模

2、塊之間的連接2. ADC(1). 簡介CC2530單片機的ADC支持多達14位的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換，具有多達12位的ENOB（有效數(shù)字位）。它包括一個模擬多路轉(zhuǎn)換器，具有多達8個各自可配置的通道；以及一個參考電壓發(fā)生器。轉(zhuǎn)換結(jié)果通過DMA寫入存儲器。還具有若干運行模式。ADC模塊的方框圖如下所示：ADC的主要特性如下： 可選的抽取率，這也設置了分辨率（7到12位） 8個獨立的輸入通道，可接受單端或差分信號 參考電壓可選為內(nèi)部單端、外部單端、外部差分或AVDD5 產(chǎn)生中斷請求 轉(zhuǎn)換結(jié)束時的DMA觸發(fā) 溫度傳感器輸入 電池測量功能(2). 寄存器簡介本次實驗中主要涉及到ADC模塊的寄存器：數(shù)據(jù)的換算：例

3、如：在 CC2530 中配置 ADC 的參考電壓為 AVDD5(3.3V)，抽取率為 512(12 位有效數(shù)據(jù))，由于在實驗中采用單端轉(zhuǎn)換方式，所以實際數(shù)據(jù)只有 11 位。這時，ADC 采集到的數(shù)據(jù)記為 x,則ADC采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電壓(單位：V)：V = x * 3.3 / 20483. GP2Y0A21YK0F 紅外測距傳感器(1). 概述夏普 GP2Y0A21YK0F 測距傳感器是基于 PSD 的微距傳感器，其有效的測量距離在 80cm 內(nèi)，有效的測量角度大于 40 度，輸出信號為模擬電壓，在 0 到 8cm 左右的范圍內(nèi)與距離成正比非線性關系，在 10-80cm 的距離范內(nèi)成反比非線性關

4、系，平均功耗為 30mA，反應時間約為 5ms，并且對背景光及溫度的適應性較強。GP2Y0A21YK0F 傳感器的默認的測距分辨率為 1mm。由于 GP2Y0A21YK0F 傳感器采用的是 PSD 光信號調(diào)制法，因此其輸出的信號電壓并不是標準的直流電壓，而是 疊加了波幅約為 0.2V，頻率 1KHz 的方波，由于波幅達到 0.2V，這就影響了分辨率。如果不進行信號處理，分辨率的精度僅能達到 1mm。而如果經(jīng)過有效處理，在正常情況下可以達到 0.1mm以上的精度，完全可以滿足一般工程定距等方面的需求。Sharp 的紅外傳感器都是基于一個原理，三角測量原理。紅外發(fā)射器按照一定的角度發(fā)射紅外光束，當

5、遇到物體以后，光束會反射回來，反射回來的紅外光線被 CCD 檢測器檢測到以后，會獲得一個偏移值L，利用三角關系，在知道了發(fā)射角度 a，偏移距 L，中心矩 X，以及濾鏡的焦距 f 以后，傳感器到物體的距離 D 就可以通過幾何關系計算出來了。傳感器特點： 基本不受背景光及溫度的影響，能滿足大部分工程應用的性能要求，有很高的性價比，具有很好的工程應用價值。(2). 使用方法本實驗利用 CC2530 的 ADC 模塊采集紅外測距傳感器輸出的模擬電壓數(shù)據(jù)，然后換算成電壓值，在根據(jù)數(shù)據(jù)手冊上的特性曲線，如下圖所示：將特性曲線通過 MATLAB 可以擬合出計算公式，直接根據(jù)電壓值計算出距離，假設測量出的電壓

6、為 voltage(V)，待測距離為 distance(cm)，則 distance = 26.757 * voltage-1.236。三、實 驗 內(nèi) 容 與 步 驟 1. 將仿真器的一端 JTAG 接口與一個 CC2530 模塊相連，并打開CC2530節(jié)點的電源，再將仿真器的另一端用 USB 接口與 PC 計算機相連。2. 用 MiniUSB 線將 CC2530 節(jié)點與計算機的 USB 口連接起來后，打開串口調(diào)試器軟件，設置波特率 57600，校驗位 None，數(shù)據(jù)位 8，停止位 1，然后點擊打開串口按鈕，如下圖所示：說明：串口號可以在設備管理器看到，具體方法如下圖所示：3. 用 IAR E

7、mbedded Workbench for 8051 8.10 打開配套傳感器實中的“SerialPort.Edition18.IRDMSMain.eww”工程文件。4. 點擊 IAR 功能菜單上的綠色下載按鈕 ，進入程序下載頁面，如下圖所示：5. 程序下載完成后，點擊 IAR 開發(fā)環(huán)境中的運行程序按鈕運行程序，如下圖所示：此外，也可以通過點擊其它按鈕實現(xiàn)對當前程序的調(diào)試(單步、斷點、暫停、步入等功能)。6. 擴展實驗為了能夠更加直觀地觀察到傳感器工作的狀況，在實驗過程中可以利用光盤中配套的上位機軟件 CurveDisplay 來觀察傳感器的數(shù)據(jù)曲線。操作步驟(1). 將仿真器的一端 JTAG

8、 接口與一個 CC2530 模塊相連，并打開 CC2530 節(jié)點的電源，再將仿真器的另一端用 USB 接口與 PC 計算機相連。(2). 用 MiniUSB 線將 CC2530 節(jié)點與計算機的 USB 口連接起來后，打開配套傳感器實驗中的“CurveDisplayCurveDisplay.exe”上位機軟件，選擇正確的串口號后，再設置波特率 57600，校驗位 None，數(shù)據(jù)位 8，停止位 1，最后點擊打開連接按鈕，如下所示：(3). 用 IAR Embedded Workbench for 8051 8.10 打開配套傳感器實驗中的“Curve.Edition18.IRDMSMain.eww

9、”工程文件，然后通過 IAR 將程序下載到 CC2530 模塊中。程序下載完成后，點擊 IAR 開發(fā)環(huán)境中的運行程序按鈕運行程序。四、實 驗 結(jié) 果 及 分 析：1. 程序正常運行后，每采集一次傳感器數(shù)據(jù)，紅色 LED 閃爍一下，與此同時串口調(diào)試器顯示信息（功能擴展，實現(xiàn)按鍵按一下傳感器采樣一次）如下圖所示：2. 在實驗過程中，將傳感器水平正對著墻壁或障礙物遠離移動，可以在串口調(diào)試軟件上看到相應ADC 采集到的電壓數(shù)據(jù)也發(fā)生相應的變化，其數(shù)值越小說明兩者之間的距離越大。3. 擴展實驗現(xiàn)象(1). 程序正常運行后，在 CurveDisplay 軟件中可以觀察到傳感器的數(shù)據(jù)曲線，如下圖所示：(2)

10、 . 在實驗過程中，將傳感器水平正對著墻壁或障礙物遠離移動，可以在 CurveDisplay 軟件上的傳感器數(shù)據(jù)曲線也發(fā)生相應的變化，如下圖所示：五、實 驗 總 結(jié)：通過這次學習和操作,我學到了對CC2530 單片機 ADC 模塊的使用，并懂的了紅外測距傳感器的使用。以及通過自己對其功能擴展，實現(xiàn)按鍵控制傳感器的采樣。這次的實驗操作讓我受益匪淺。六、源 程 序 清 單 （加上必要的注釋）主要代碼如下：#include <ioCC2530.h>#include <math.h>/GPIO_LED定義(1:點亮,0:熄滅)#define GPIO_GLED P1_0#def

11、ine GPIO_RLED P1_1/GPIO_KEY定義(0:被按下,1:未按下)#define GPIO_SW1 P1_2#define GPIO_SW2 P1_3void InitClock(void) /初始化時鐘 unsigned int i; /turn on 16MHz RC and 32MHz XOSC SLEEPCMD &= 0x04; /wait for 32MHz XOSC stable while(!(SLEEPSTA & 0x40); /chip bug workaround asm("nop"); /延時63us for(i =

12、0; i < 504; i+) asm("nop"); /Select 32MHz XOSC and the source for 32K clock CLKCONCMD = 0x00; /Wait for the change to be effective while(CLKCONSTA != 0x00); /turn off 16MHz RC SLEEPCMD = 0x80;void InitGPIO(void) /初始化GPIO /GPIO_RLED引腳(P1_0,通用IO,輸出) P1SEL &= 0x01; P1DIR |= 0x01; /GPIO

13、_GLED引腳(P1_1,通用IO,輸出) P1SEL &= 0x02; P1DIR |= 0x02; /GPIO_SW1引腳(P1_2,通用IO,輸入) P1SEL &= 0x04; P1DIR &= 0x04; /GPIO_SW2引腳(P1_3,通用IO,輸入) P1SEL &= 0x08; P1DIR &= 0x08;void InitUART(void) /初始化串口USART0 /P05.2配置為外設IO P0SEL |= 0x3C; /USART 0 I/O location: Alternative 2 location PERCFG &a

14、mp;= 0x01; /UART mode U0CSR |= 0x80; /無流控制,無校驗,1位停止位,8位數(shù)據(jù)位,起始位為低電平,停止位為高電平 U0UCR = 0x02; /波特率57600 U0GCR |= 0x0A; U0BAUD = 216; /使能串口接收器 U0CSR |= 0x40;void UART_SendStr(const unsigned char *str) /通過串口發(fā)送字符串 while(*str) /發(fā)送一個字符 U0DBUF = *str+; /等待發(fā)送完畢 while(!UTX0IF); /清除發(fā)送中斷標志 UTX0IF = 0; void Float2S

15、tr(void *str, float Num, unsigned char FractLen) /將float型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字符串(FractLen:小數(shù)位數(shù)1-6) unsigned char *ptr = (unsigned char *)str); unsigned char FractCache6 = '0' unsigned char i = FractLen, j; unsigned char tmp; unsigned char sign = (unsigned char)(Num < 0); unsigned long trunc; /整數(shù)部分 unsig

16、ned long fract; /小數(shù)部分(4位) if (sign) Num *= -1; trunc = (unsigned long)Num; fract = (unsigned long)(Num-(unsigned long)Num)*1000000); /處理小數(shù)部分 if (fract = 0) ptri+ = '0' else for(j=0; j<6; j+) FractCachej = (unsigned char)(fract % 10) + '0'); fract /= 10; /調(diào)整小數(shù)位數(shù) for(j=0; j<Fract

17、Len; j+) ptrFractLen - 1 - j = FractCache6 - 1 - j; /添加小數(shù)點 ptri+ = '.' /處理整數(shù)部分 if (trunc = 0) ptri+ = '0' while (trunc > 0) ptri+ = (unsigned char)(trunc % 10) + '0'); trunc /= 10; /添加符號位 if (sign) ptri+ = '-' /字符串逆序輸出 for(j=0; j<(i/2); j+) tmp = ptrj; ptrj = pt

18、r(i-j)-1; ptr(i-j)-1 = tmp; /添加字符串結(jié)束符 ptri = '0'void DelayXus(unsigned int Xus) /延時Xus while(Xus-) asm("nop"); asm("nop"); asm("nop"); void DelayXms(unsigned int X) /延時Xms while (X-) /延時1ms DelayXus(1000); void InitADC(void) /初始化ADC /P0.1配置為外設IO P0SEL |= 0x02; /

19、P0.1配置為模擬IO APCFG |= 0x02;unsigned int ADC_ReadVal(void) /通過ADC讀取P0.1的電壓數(shù)據(jù) int val; /ADC參考電壓: AVDD5 Pin ADCCON3 |= 0x80; /512 decimation rate (12 bits ENOB) ADCCON3 |= 0x30; /Single channel: AIN1 ADCCON3 &= 0x0F; ADCCON3 |= 0x01; /Wait for the conversion to be done while(!(ADCCON1 & 0x80); /

20、Read the result(最高位為符號位) val = (unsigned int)ADCL; val |= (unsigned int)(ADCH << 8); /Treat small negative as 0 val = val < 0 ? 0 : val; /12位有效數(shù)據(jù)(由于單端轉(zhuǎn)換,所以實際數(shù)據(jù)11位) val = val >> 4; return val;void main(void) unsigned char cache16; unsigned int val; float voltage; /初始化時鐘 InitClock(); /初始化IO InitGPIO(); /初始化串口USART0 InitUART()