实验二红外测距传感器实验.docx
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实验二红外测距传感器实验
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
（2）.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None，数据位8，停止位1，然后点击打开串口按钮，如下图所示：
说明：
串口号可以在设备管理器看到，具体方法如下图所示：
3.用IAREmbeddedWorkbenchfor80518.10打开配套传感器实中的“SerialPort.Edition\18.IRDMS\Main.eww”工程文件。
4.点击IAR功能菜单上的绿色下载按钮
，进入程序下载页面，如下图所示：
5.程序下载完成后，点击IAR开发环境中的运行程序按钮运行程序，如下图所示：
此外，也可以通过点击其它按钮实现对当前程序的调试（单步、断点、暂停、步入等功能）。
6.扩展实验
为了能够更加直观地观察到传感器工作的状况，在实验过程中可以利用光盘中配套的上位机软件CurveDisplay来观察传感器的数据曲线。
操作步骤
（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，打开配套传感器实验中的“CurveDisplay\CurveDisplay.exe”上位机软件，选择正确的串口号后，再设置波特率57600，校验位None，数据位8，停止位1，最后点击打开连接按钮，如下所示：
（3）.用IAREmbeddedWorkbenchfor80518.10打开配套传感器实验中的“Curve.Edition\18.IRDMS\Main.eww”工程文件，然后通过IAR将程序下载到CC2530模块中。
程序下载完成后，点击IAR开发环境中的运行程序按钮运行程序。
四、实验结果及分析：
1.程序正常运行后，每采集一次传感器数据，红色LED闪烁一下，与此同时串口调试器显示信息（功能扩展，实现按键按一下传感器采样一次）
如下图所示：
2.在实验过程中，将传感器水平正对着墙壁或障碍物远离移动，可以在串口调试软件上看到相应ADC采集到的电压数据也发生相应的变化，其数值越小说明两者之间的距离越大。
3.扩展实验现象
（1）.程序正常运行后，在CurveDisplay软件中可以观察到传感器的数据曲线，如下图所示：
（2）.在实验过程中，将传感器水平正对着墙壁或障碍物远离移动，可以在CurveDisplay软件上的传感器数据曲线也发生相应的变化，如下图所示：
五、实验总结：
通过这次学习和操作,我学到了对CC2530单片机ADC模块的使用，并懂的了红外测距传感器的使用。
以及通过自己对其功能扩展，实现按键控制传感器的采样。
这次的实验操作让我受益匪浅。
六、源程序清单（加上必要的注释）
主要代码如下：
#include
#include
//GPIO_LED定义（1:
点亮,0:
熄灭）
#defineGPIO_GLEDP1_0
#defineGPIO_RLEDP1_1
//GPIO_KEY定义（0:
被按下,1:
未按下）
#defineGPIO_SW1P1_2
#defineGPIO_SW2P1_3
voidInitClock（void）//初始化时钟
{
unsignedinti;
//turnon16MHzRCand32MHzXOSC
SLEEPCMD&=~0x04;
//waitfor32MHzXOSCstable
while（!
（SLEEPSTA&0x40））;
//chipbugworkaround
asm（"nop"）;
//延时63us
for（i=0;i<504;i++）
{
asm（"nop"）;
}
//Select32MHzXOSCandthesourcefor32Kclock
CLKCONCMD=0x00;
//Waitforthechangetobeeffective
while（CLKCONSTA!
=0x00）;
//turnoff16MHzRC
SLEEPCMD=0x80;
}
voidInitGPIO（void）//初始化GPIO
{
//GPIO_RLED引脚（P1_0,通用IO,输出）
P1SEL&=~0x01;
P1DIR|=0x01;
//GPIO_GLED引脚（P1_1,通用IO,输出）
P1SEL&=~0x02;
P1DIR|=0x02;
//GPIO_SW1引脚（P1_2,通用IO,输入）
P1SEL&=~0x04;
P1DIR&=~0x04;
//GPIO_SW2引脚（P1_3,通用IO,输入）
P1SEL&=~0x08;
P1DIR&=~0x08;
}
voidInitUART（void）//初始化串口USART0
{
//P0[5..2]配置为外设IO
P0SEL|=0x3C;
//USART0I/Olocation:
Alternative2location
PERCFG&=~0x01;
//UARTmode
U0CSR|=0x80;
//无流控制,无校验,1位停止位,8位数据位,起始位为低电平,停止位为高电平
U0UCR=0x02;
//波特率57600
U0GCR|=0x0A;
U0BAUD=216;
//使能串口接收器
U0CSR|=0x40;
}
voidUART_SendStr（constunsignedchar*str）//通过串口发送字符串
{
while（*str）
{
//发送一个字符
U0DBUF=*str++;
//等待发送完毕
while（!
UTX0IF）;
//清除发送中断标志
UTX0IF=0;
}
}
voidFloat2Str（void*str,floatNum,unsignedcharFractLen）//将float型数据转换为字符串（FractLen:
小数位数1-6）
{
unsignedchar*ptr=（（unsignedchar*）str）;
unsignedcharFractCache[6]={'\0'};
unsignedchari=FractLen,j;
unsignedchartmp;
unsignedcharsign=（unsignedchar）（Num<0）;
unsignedlongtrunc;//整数部分
unsignedlongfract;//小数部分（4位）
if（sign）
{
Num*=-1;
}
trunc=（unsignedlong）Num;
fract=（unsignedlong）（（Num-（unsignedlong）Num）*1000000）;
//处理小数部分
if（fract==0）
{
ptr[i++]='0';
}
else
{
for（j=0;j<6;j++）
{
FractCache[j]=（unsignedchar）（（fract%10）+'0'）;
fract/=10;
}
}
//调整小数位数
for（j=0;j{
ptr[FractLen-1-j]=FractCache[6-1-j];
}
//添加小数点
ptr[i++]='.';
//处理整数部分
if（trunc==0）
{
ptr[i++]='0';
}
while（trunc>0）
{
ptr[i++]=（unsignedchar）（（trunc%10）+'0'）;
trunc/=10;
}
//添加符号位
if（sign）
{
ptr[i++]='-';
}
//字符串逆序输出
for（j=0;j<（i/2）;j++）
{
tmp=ptr[j];
ptr[j]=ptr[（i-j）-1];
ptr[（i-j）-1]=tmp;
}
//添加字符串结束符
ptr[i]='\0';
}
voidDelayXus（unsignedintXus）//延时Xus
{
while（Xus--）
{
asm（"nop"）;
asm（"nop"）;
asm（"nop"）;
}
}
voidDelayXms（unsignedintX）//延时Xms
{
while（X--）
{
//延时1ms
DelayXus（1000）;
}
}
voidInitADC（void）//初始化ADC
{
//P0.1配置为外设IO
P0SEL|=0x02;
//P0.1配置为模拟IO
APCFG|=0x02;
}
unsignedintADC_ReadVal（void）//通过ADC读取P0.1的电压数据
{
intval;
//ADC参考电压:
AVDD5Pin
ADCCON3|=0x80;
//512decimationrate（12bitsENOB）
ADCCON3|=0x30;
//Singlechannel:
AIN1
ADCCON3&=~0x0F;
ADCCON3|=0x01;
//Waitfortheconversiontobedone
while（!
（ADCCON1&0x80））;
//Readtheresult（最高位为符号位）
val=（unsignedint）ADCL;
val|=（unsignedint）（ADCH<<8）;
//Treatsmallnegativeas0
val=val<0?
0:
val;
//12位有效数据（由于单端转换,所以实际数据11位）
val=val>>4;
returnval;
}
voidmain（void）
{
unsignedcharcache[16];
unsignedintval;
floatvoltage;
//初始化时钟
InitClock（）;
//初始化IO
InitGPIO（）;
//初始化串口USART0
InitUART（）;
//初始化ADC
InitADC（）;
//关闭GPIO_RLED和GPIO_GLED
GPIO_RLED=0;
GPIO_GLED=0;
//发送串口初始化成功消息
UART_SendStr（"\nUSART0InitSuccessfully!
\n"）;
while
（1）
{
//点亮GPIO_RLED
GPIO_RLED=1;
//通过ADC读取P0.1的电压数据
if（GPIO_SW1）
{GPIO_RLED=0;}
else{
val=ADC_ReadVal（）;
//换算为电压值
voltage=val*3.3/2048;
//发送ADC采集到的数据
UART_SendStr（"Voltage（V）:
"）;
//最多保留三位小数
Float2Str（cache,voltage,3）;
UART_SendStr（cache）;
UART_SendStr（",Distance（cm）:
"）;
//换算成距离值（cm）并最多保留两位小数
//6cm~80cm之间拟合公式:
distance=26.757*voltage^-1.236
Float2Str（cache,26.757*pow（voltage,-1.236）,2）;
UART_SendStr（cache）;
UART_SendStr（"\n"）;
//关闭GPIO_RLED
//GPIO_RLED=0;
}
//延时350ms
DelayXms（350）;
}
}
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