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目录摘要1Abstract21绪论31.1红外线概述31.1.1红外线简介31.1.2红外传感器的分类51.1.3红外传感器的应用81.2AVR单片机概述81.2.1AVR单片机及其发展81.2.2AVR系列单片机的优势91.2.3ATmega16单片机简介132.红外测距的工作原理及基本结构172.1红外线测距发射与接收器件介绍172.2红外线测距的工作原理212.3红外线测距的基本结构223红外测距的硬件设计233.1红外测距的实现构想233.2系统硬件结构电路图243.3各硬件电路设计243.3.1红外发射电路243.3.2红外接收电路253.3.3RS485通讯283.3.4报警313.3.5键盘313.3.6电源313.3.7LED显示说明353.3.8ATmega16单片机364红外测距的软件设计384.1系统软件结构框图384.2各程序设计函数说明394.2.1主程序模块394.2.2设定输入/输出引脚414.2.3A/D转换模块424.2.4LED动态扫描显示模块434.2.5UART操作的基本函数444.2.6键盘处理模块454.3误差分析48结论49谢辞50参考文献51摘要在可移动机器人避障系统中，一般采用超声波测距和红外来实现避障，但因为超声波测距存在盲区问题，所以在与障碍物距离达到一定范围时，将不能很好的实现避障，相反，红外测距的探测距离较短，一般在几十厘米之内，它可以在一定程度上弥补超声波近距离无法测量的缺点。因而为了提高可移动式机器人的躲避障碍物的能力，在该设计中，以AVR单片机为核心，设计了一种基于ATmega16芯片的红外测距模块。首先，在绪论中，介绍了红外线及红外传感器的分类和应用、AVR单片机系列的发展与应用，特别对ATmega16单片机进行了说明。其次，阐述了与红外测距的工作原理基本结构，对红外测距的发射与接收器件也做了详细说明。再次，介绍了红外测距的硬件设计和软件设计。在硬件设计中，介绍了红外测距实现的构想，给出红外测距硬件电路原理图，并说明了红外发射驱动电路、红外接收驱动电路、RS485通讯、报警电路、键盘、电源电路、LED显示电路工作原理及ATmega16单片机的管脚分配。在软件设计中，说明了整个程序流程及各程序设计函数和误差分析。最后，是对整个设计的结论，说明了红外测距的可行性。关键字：红外线；AVR；ATmega16AbstractAbstractInthemobilerobotobstacleavoidancesystem,ingeneral,ultrasonicandinfraredrangetoachieveobstacleavoidance,ButbecausethereUltrasonicRangingblindspot,sothedistancebarrierandreachacertainscope,wouldnotachieveverygoodobstacleavoidance,onthecontrary,theinfraredrangedetectionshorterdistances,generallywithintensofcentimeters,Itcantosomeextentmakeupforashortdistancecannotbemeasuredultrasonicflaw.Thustoenhancemobilerobotobstacleavoidancecapabilityinthedesign,AVRmicrocontrollercore,BasedonthedesignofachipATmega16rangeofinfraredmodules.First,theoverviewontheinfraredandinfraredsensorsandtheapplicationoftheclassification,theAVRSeriesofdevelopmentandapplication,especiallyforATmega16conducted.Secondly,expoundedtheinfraredrangewiththeworkingprincipleofthebasicstructureRangingoftheinfraredemissionandreceivingdeviceshavealsodoneadetaileddescription.Again,introducedtheinfraredrangeofhardwaredesignandsoftwaredesign.Inhardwaredesign,introducedtheinfraredrangetoachievethevisionisinfraredrangeofhardwarecircuit.andthattheinfraredtransmitterdrivercircuit,infraredreceiver-drivencircuit,RS485communications,alarmcircuits,keyboard,powersupplycircuit,LEDDisplayCircuitandATmega16pinassignments.Finally,itisthewholedesigntotheconclusionthattheinfraredrangeoffeasibility.Keywords:Infrared；AVR；ATmega161绪论1.1红外线概述1.1.1红外线简介近二十年来，红外辐射技术已成为一门迅速发展的新兴技术科学。它已广泛应用于生产，科研，军事，医学等各个领域。红外辐射技术是发展测量技术、遥感技术和空间科学技术的重要手段。红外辐射俗称红外线，又称红外光，它是一种人眼看不见的光线。但实际上它和其他任何光线一样，也是一种客观存在的物质。任何物体，只要它的湿度高于绝对零度，就有红外线向周围空间辐射。它的波长介于可见光和微波之间，它的波长范围大致在的频谱范围之内。相对应的频率大致在之间，红外线与可见光、紫外线、χ射线、γ射线和微波、无线电波一起构成了整个无限连续的电磁波谱，在红外技术中，一般将红外辐射分为四个区域，即近红外区、中红外区、远红外区和极远红外区。为近红外区，为中红外区，为远红外区。这里所说的远近是指红外辐射在电磁波谱中与可见光的距离。红外辐射的物理本质是热辐射。物体的温度越高，辐射出来的红外线越多，红外辐射的能量就越强。研究发现，太阳光谱各种单色光的热效应从紫色光到红色光是逐渐增大的，而且最大的热效应出现在红外辐射的频率范围内，因此人们又将红外辐射称为热辐射或热射线。红外线在通过云雾等充满悬浮离子的物质时不易发生散射，有较强的穿透能力，还具有抗干扰能力强、易于产生、对环境影响小、不会干扰临近的无线电设备的特点，因而被广泛应用。目前红外发射器件（红外发光二极管）发出的是峰值波长之间的近红外光，红外接收器件（光敏二极管、光敏三极管）的受光峰值波长为之间，恰好与红外发光二极管的光峰值波长相匹配。红外光具有反射、折射、散射、干涉、吸收等特性。能全部吸收投射到它表面的红外辐射的物体称为黑体；能全部反射的物体称为镜体；能部分反射、部分吸收的物体称为灰体。严格地讲，在自然界中，不存在黑体镜体和透明体。红外遥控的优点：1.采用红外线发光二极管，结构简单，易于小型化，且成本底。2.红外线调制简单，依靠调制信号编码可实现多路控制。3.红外线不能通过阻挡物，不会产生信号串扰等误动作。4.功率消耗小，反映速度快。5.对环境无污染，对人、物无损害。6.抗干扰能力强，工作可靠。红外辐射的基本定律1.基尔霍夫定律基尔霍夫定律指出，一个物体向周围辐射热能的同时也吸收周围物体的辐射能。如果几个物体处于同一温度场中，各物体的热发射本领正比于它的吸收本领，这就是基尔霍夫定律，可由下式表示式中---物体在单位面积和单位时间内发射出的辐射能；—物体的吸收系数；—常数，其值等于黑体在相同条件下发出的辐射能。2.斯蒂芬-玻尔滋蔓定律物体温度越高，发射的红外辐射能越多，在单位时间内其单位面积辐射的总能量为式中—物体的绝对温度，273K；--斯蒂芬-玻尔滋蔓常数，；---比辐射率，即物体表面辐射本领与黑体辐射本领的比值，黑体的。3.维恩位移定律热辐射发射的电磁波中包含各种波长。实验证明物体峰值辐射波长λm与物体自身的绝对温度T成反比。即该式称为维恩位移定律。红外传感器（也称为红外探测器）是能将红外辐射能转换为电能的光敏器件，它是红外探测系统的关键部件，它的性能好坏，将直接影响系统性能的优劣。因此，选择合适的、性能良好的红外传感器，对于红外探测系统是十分重要的。1.1.2红外传感器的分类常见红外传感器可分为热传感器和光子传感器。一、热传感器热传感器是利用入射红外辐射引起传感器的温度变化，进而使有关物理参数发生相应的变化，通过测量有关物理参数的变化来确定红外传感器所吸收的红外辐射。热探测器的主要优点是相应波段宽，可以在室温下工作，使用简单。但是，热传感器相应时间较长，灵敏度较低，一般用于低频调制的场合。热传感器主要类型有：热敏传感器型，热电偶型，高莱气动型和热释放电型四种。1.热敏电阻型传感器热敏电阻是由锰、镍、钴的氧化物混合后烧解而成的，热敏电阻一般制成薄片状，当红外辐射照射在热敏电阻上，其温度升高，电阻值减少。测量热敏电阻值变化的大小，即可得知入射的红外辐射的强弱，从而可以判断产生红外辐射物体的温2.热电偶型传感器热电偶是由热电功率差别较大的两种材料构成。当红外辐射到这两种金属材料构成的闭合回路的接点上时，该接点温度升高。而另一个没有被红外辐射辐照的接点处于较低的温度，此时，在闭合回路中将产生温差电流。同时回路中产生温差电势，温差电势的大小，反映了接点吸收红外辐射的强弱。利用温差电势现象制成的红外传感器称为热电偶型红外传感器，因其时间常数较大，相应时间较长，动态特性较差，调制频率应限制在10HZ以下。3.莱气动型传感器高莱气动型传感器是利用气体吸收红外辐射后，温度升高，体积增大的特性，来反映红外辐射的强弱。它有一个气室，以一个小管道与一块柔性薄片相连。薄片的背向管道一面是反射镜。气室的前面附有吸收模，它是低热容量的薄膜。红外辐射通过窗口入射到吸收模上，吸收模将吸收的热能传给气体，使气体温度升高，气压增大，从而使柔镜移动。在室的另一边，一束可见光通过栅状光栏聚焦在柔镜上，经柔镜反射回来的栅状图像又经过栅状光栏投射到光电管上。当柔镜因压力变化而移动时，栅状图像与栅状光栏发生相对位移，使落到光电管上的光量发生改变，光电管的输出信号也发生变化，这个变化量就反映出入射红外辐射的强弱。这种传感器的特点是灵敏度高，性能稳定。但响应时间性长，结构复杂，强度较差，只适合于实验室内使用。4.热释电型传感器热释电型传感器是一种具有极化现象的热晶体或称“铁电体”。铁电体的极化强度（单位面积上的电荷）与温度有关。当红外线辐射照射到已经极化的铁电体薄片表面上时，引起薄片温度升高，使其极化强度降低，表面电荷减少，这相当于释放一部分电荷，所以叫做热释电型传感器。如果将负载电阻与铁电体薄片相连，则负载电阻上便产生一个电信号输出。输出信号的大小，取决于薄片温度变化的快慢，从而反映入射的红外辐射的强弱。由此可见，热释电型红外传感器的电压响应率正比于入射辐射变化的速率。当恒定的红外辐射照射在热释电传感器上时，传感器没有电信号输出。只有铁电体温度处于变化过程中，才有电信号输出。所以，必须对红外辐射进行调制（或称斩光），使恒定的辐射变成交变辐射，不断的引起传感器的温度变化，才能导致热释电产生，并输出交变的信号。二、光子传感器光子传感器是利用某些半导体材料在入射光的照射下，产生光子效应，使材料电学性质发生变化。通过测量电学性质的变化，可以知道红外辐射的强弱。利用光子效应所制成的红外传感器。统称光子传感器。光子传感器的主要特点灵敏度高，响应速度快，具有较高的响应频率。但其一般须在低温下工作，探测波段较窄。