激光测距(智能激光测距)

编者按：本文转载于酷耍（http:/kooshua.com）

一、设计目的

超声波测距和激光测距是现在比较常见的两种测距方式。两种方式相对比而言，激光测距的优点是以极小的一束激光发射出去再返回，精度为毫米级，几乎不受干扰，弥补了超声波测距易受环境干扰、误差大的缺陷。因此，采用激光测距便更能完美的实现想要的结果。本设计不仅能对距离完成精确快速的测量，还可以对测量数据进行语音播报、编号存储，使数据记录更加方便。大大提高了测量的准确性、时效性。

二、设计的硬件选择及选择原因

1.LDB6X743激光测距模块。该模块是核心模块，测量范围是在0.03-50m，测量精度是在正负1mm，测量时间是在0.3-3s，供电电压是在3.3v，工作的温度是在0-40摄氏度。它具有抗干扰（指测量是空气中的灰尘、水汽），户外环境仍然具有很高的测量精度和可靠性。此外，应用简单，功耗稳定，耗电量很小（小于1w）。

2.STC89C52单片机。这是一款很常用的单片机，价格也很便宜，某宝上3块钱就可以买下来。它的处理效率快，损耗低，抗干扰能力强。除此之外，开发设备的要求低，节约很多时间，其中最主要的就是它具有EEPROM存储功能，我们测量的数据就可以存到里面。

3.LCD1602液晶屏幕。它可以同时显示32个字符，有着优惠的价格，编程非常简单，可以可靠稳定的工作。LCD1602液晶屏是一种图形点阵显示器，它显示的原理是非常通俗的，很容易理解。其实就是液晶面板内部的液晶材料，发生了改变从而显示不同的字符，它是由许多点阵字符位组成。顾名思义，每一个字符的显示都是通过每一个对应的字符位产生的，其可以对数字和字母等进行显示。每个点在接收到信号之后，就会保持颜色和亮度，稳定地进行发光显示，不会出现闪烁的情况，质量很高。LCD1602液晶显示屏是数字式的，可以直接与单片机引脚连接，便于操作。虽然它共有16个管脚，但在实际使用时，最重要的无非只有三个，即数据命令选择端RS，读写选择端R/W，使能信号端E，主要用于执行初始化，写入命令和写入数据，编程时赋予这三个端口对应的值就可以了，十分简单。

4.XFS5152CE语音芯片。XFS5152CE是一款集成度很高而且工艺相当复杂的芯片，它有中文和英文的语音合成功能，此外还集成了语音编解功能，无论是录制还是播放效果都很好。它支持合成任意的中文text和英文text，支持多种控制命令。其次，选用这个芯片最主要的原因就是它可以对一些操作起到提示作用，还可以对测量所得到的数据进行播报。

5.按键模块。单片机上常使用的按键有独立按键和矩阵键盘，两者各有优缺点。每一个独立按键是需要单独连接一个IO端口的，这种情况下是每一个按键的操作是不会影响其他IO端口的状态。当手动按键时，相应IO端口的电平发生会改变（一般是变为低电平）。其优点是体积小巧，配置比较灵活，编程简单逻辑清晰。但是，当有许多按钮时，IO端口将会被浪费。4条IO线作为行线和4条IO线作为列线来组成矩阵键盘，按钮设置在每行和每列相交点上，那么键盘上的按键数就是4×4。行列键盘的优点是显而易见的，即可以有效提高单片机系统中IO口的利用率，但缺点是体积大，编程逻辑复杂。考虑到本设计的功能十分简单，主要是测量长度、存储数据、读取/重置数据，拟用3个按键实现功能，对IO口资源占用不大，所以采用更加简单灵活的独立按键。

6.电源模块（AMS1117-3.3稳压器）。由于测量仪的位置不是固定的，测量时要随着使用者需要测量的地方而伴随移动，如果采用电源线连接外部电源十分不便于测量。考虑到其一体性和便携性，必须把电源集成在测量仪上，所以采用最简单的方式：干电池串联供电。5.5V-3.3V 是标准的STC89C52RC单片机正常工作电压范围，4.5V的电源可以用三节1.5V的干电池串联形成。此外，由于激光模块LDB6X743和语音芯片XFS5152CE工作电压为3.3V，因此还要使用稳压器对4.5V的电源进行处理，使其降压到3.3V。这里选用了AMS1117-3.3。AMS1117系列的稳压器常用于电池供电和便携产品中，它有两个版本可以选择：可调节版和任意固定电压版，精度为1％。本次使用的AMS1117-3.3从命名就可以看出来，它是3.3V的固定电压版，可以把4.5V的输入电压降压至3.3V，再对上述的两个模块供电。

三、电路设计及其分析

1单片机电路----复位电路。复位电路非常简单，需要用的单片机的RST端，电路是通过一个10K的电阻R1、一个电源VCC、一个10uF的电容C1与单片机的RST端连接构成的，如图10所示。单片机上电启动后，电源VCC就开始对电容C1充电，直到C1两端的电压达到4.5V，此时电阻R1两端的电压几乎为0，RST端自然处于一个低电平状态，系统保持正常运行。当按下按钮时，随着开关闭合，C1被短路放电，RST从低电平转变为高电平，触发了单片机系统的复位。

2.单片机电路----晶振电路。单片机内部是没有晶体振荡器的，所以外部的晶振是每个单片机所必要的，单片机的工作信号脉冲就是来自于这个外部晶振的，也可以简单地理解为是单片机的工作速度。由于晶体振荡器YTAL引脚组成的振荡电路中存在轻微的谐波，虽然该波对电路并不会造成什么严重的影响，但为了确保电路的稳定性，一般都加上两个22pf电容，分别连接到晶振Y1的两个引脚并接地，这样做可以减小谐波对电路稳定性的影响。

3.单片机电路----按键电路。按键电路也是单片机中非常基础的电路之一。按键没有被按下时，单片机内部的I/O口是存在一个上拉电阻的，所以默认就是高电平。当按下某个键时，相应的I/O端口从高电平转换成为低电平。只要用循环程序监测I/O端口高低电平的变化，就知道哪个键被按下了。

4.显示模块电路。VO端通过分得电压的高低来调节液晶显示屏的对比度，实际使用时一般是接10K的电位器以便调节。RS端是用来进行寄存器选择的，高电平时对数据寄存器进行操作，低电平时对指令寄存器进行操作，R/W端是读/写信号线，高电平执行读取操作，低电平执行写入操作。E端是使能端，当E端从高电平跳到低电平时，液晶模块执行命令。D0～D7端是8位双向数据线，可直接与单片机连接，这里接入10k的排阻以防止单片机驱动电流不足。BGVCC端和BGGND端分别是LCD1602液晶屏幕背光电源的正极和负极。

5.激光模块电路。激光测距传感器是使用串口向单片机传输数据的。串口是一种通讯协议，用来进行串行通信，它的特点是数据是以每一位为单位进行传输，和并行传输数据相比，肯定速度上不占优势，但是需要用到的数据线少，成本也很低。串行通讯又分同步通讯和异步通讯，这里也采用异步通讯，要连接单片机的TXD脚和RXD脚，同时要进行3.3V供电和接地。

6.语音模块电路。语音芯片XFS5152CE是通过I2C总线协议与单片机进行通信的，I2C是单片机中常用的通信协议，它只需要两条总线：SDA（串行数据线）和SCL（串行时钟线）。 当SCL处于高电平时，SDA从高电平切换到低电平表示开始，从低电平切换到高电平表示停止；而当进行数据传输时相反，SDA在SCL的高电平期间必须保持稳定，只有在SCL是低电平时才允许SDA发生高低电平的改变。数据合成语音后通过喇叭播报。语音芯片也需要使用3.3V的电源。

四、焊接、烧录、调试

准备好硬件之后，买一块洞洞板，把各个模块按电路图进行连接，然后用焊接固定。在连接过程中需要注意的是，一定按照电路图中的端口连接，避免错误，会增加后期调试的工作难度，根据各个模块的工作程序进行编程，运用Keil uVision4进行编程。首先建立项目工程 new uVision project，项目工程建立完成之后，接着就是创建源文件，然后把创建好的源文件加到工程中去，最后就可以采用C语言进行编程。程序写好之后，保存目标文件和库文件，选择options for target，然后，在output菜单中，确认是否勾选了创建HEX文件的选项，然后进行编译。最后一步就是使用单片机烧写软件，将编译之后形成的HEX文件烧入到单片机中就可以查看功能实现的效果了。

五、温馨提示

1.具体的相关程序代码（个别代码附有解释说明）和电路图工程文件我会放在附录里面，需要的可以下载参考学习。

2.具体的操作说明和功能讲解，我会录制一个视频，在视频中我会详细说明。

3.感谢您的阅读，希望可以对你有所帮助，如果有什么不懂得，欢迎留言咨询。谢谢支持。

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