基于arduino蓝牙app红外线测距仪设计【字数：8287】
摘 要日新月异的科技给人们的日常生活带来了许许多多的便捷，使人们的生活在方方面面得到福利。在现代社会中，工具变得越来越智能化，简便性和易用性成了人们衡量它们的几个重要标准。在很多领域，科技都有了长足的进步与发展，在测距领域，陆续出现了诸如微波雷达测距、激光测距以及红外测距等测距方式。本课题所采用的是arduino单片机设计平台，配合arduino uno核心板和夏普红外测距仪传感器，以及串口蓝牙通信模块，通过红外测距传感器探测物体，经过软件程序计算得到距离数值，再通过蓝牙传输至用户手机上。这一设计能将本课题做到易用性、实用性、准确性的有效结合，具有很广泛的应用前景。本设计从实验以及分析的角度，分析了红外测距设计的可行性和实施的方法，有较好的理论实践结合度。
目录
1. 绪论 1
1.1课题背景与现状 1
1.2 课题研究的现实意义与应用前景 1
2. 方案的比较与选择 2
2.1 本课题的主要研究任务和解决思路 2
2.2 微控制器 2
2.2.1 STC89C52单片机的概述 2
2.2.2 arduino单片机设计平台的概述 4
2.3 测距传感器 5
2.3.1 超声波测距传感器 5
2.3.2 红外线测距传感器 5
2.4 蓝牙SPP串口透传模块 6
2.5 系统总体设计方案 7
3. 硬件电路的设计 8
3.1 电源模块 8
3.2 红外测距模块 8
3.2.1 红外测距的工作原理 8
3.2.2 红外测距的实现和构想 9
3.2.3 红外发射器和接收器 9
3.2.4 红外模块电路设计 10
3.3 arduino单片机开发模块 10
3.3.1 arduino单片机开发平台 10
3.3.2 AVR单片机 11
3.3.3 arduino UNO R3端口说明 11
3.3.4 arduino UNO R3核心板电路设计 12
3.4 蓝牙模块 12
3.4.1 JD *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
Y31蓝牙模块说明 13
3.4.2 蓝牙模块电路设计 14
4. 系统软件设计 15
4.1 软件总体框架设计 15
4.2 蓝牙通信模块 15
4.3 智能手机接收端 16
4.4 arduino平台代码设计 17
4.4.1 红外测量数据转换流程设计 17
4.1.2 代码分析 19
4.5 误差分析 20
4.1.1 误差产生原因 20
4.1.2 误差解决方法 21
5. 系统测试与分析 22
5.1软件仿真分析 22
5.2 硬件测试与分析 22
5.2.1 实物连接展示 22
5.2.2 测量操作描述 24
5.2.3 数据记录 25
5.2.4 本课题存在的问题 25
结束语 26
参考文献 27
1. 绪论
1.1课题背景与现状
随着社会科学技术的进步和现代工业的发展，许多我们无法轻易解决的问题在科技的帮助下变得容易且得心应手。生活中到处都有自动控制化、简单化的例子，这是大家有目共睹的，但生活中还是原始的方法来进行距离的测量，需要运用到自动测距仪器的领域只有一些科技相关领域或者工程测距。例如，在测距领域，技术和科研人员们已经取得了长足的进步，出现了各种测距方式，诸如微波雷达方式、超声波、激光以及红外测距等方式。红外测距的运用可以追寻到上世纪的六十年代[1]，其原理是一种用红外线作为介质进行传输的测量距离的方法。对于这一领域的研究有着非常重要的意义，技术的难度相比其他方式难度并不是很大。成本能控制得较低，拥有良好的性能，使用较为方便，对各行业贡献突出。又因为如此，它的市场需求大，拥有更广的发展空间。
1.2 课题研究的现实意义与应用前景
人们日常生活中需要用到红外测距的场景其实是很多的，由于普通大众不是专业工作人员，不会随身携带测量工具，诸如米尺、卷尺和测距仪等设备，偶尔碰到需要测量的场景又没有办法及时找到精确的测距工具，只能给出一个大概的估计值，正是这些估计值，有可能就会造成不必要的损失。又比如在制造业领域，汽车行业的人员都深有体会，因为倒车所导致的汽车损伤能占到很高的比例，所以，在汽车领域，倒车时距离传感器是非常重要的一个配件，能为司机实时传递与后方物体的距离，以达到避免事故的作用。除此之外，机器人导航避障领域也能经常看到红外测距的身影[2]。机器人进行轨迹导航时需要实时的距离测量反馈，从而得到精确的数据分析。在机器人货物搬运上也能很好的辅助机器人的运作，使得轨迹路线更为精准，运送货更为准确。在仓储业和运输业红外测距都发挥着不小的作用。随着科技的发展，生活中需要用到测距的场景越来越多，红外测量精度高，且应用广泛。
2. 方案的比较与选择
2.1 本课题的主要研究任务和解决思路
随着科技的不断发展以及软硬件技术的不断积累，各项实用且方便的测量工具正在被逐渐的开发和运用，这些工具和仪器正慢慢融入我们的生活，使得我们的生活变得更为便捷。但如今市面上的测距仪器仍然有可优化和完善的地方：1.不够便携，体型的大小无法让普通用户随时可以进行操作；2.不够直观可视化，使用时不易上手，不够人性化。
所以在此之上，本课题主要围绕这几个核心问题进行研究和解决。本课题的基本理论原理是，通过红外模块的发射电路端的红外发光管进行红外光的发射，通过介质空气传播至被测物体上，再反射回来，红外接收电路端的光敏接收管接收发射光，然后根据程序得出所测距离，最后通过蓝牙发射模块将距离数据发送到用户的手机app上显示，得到最终的结果。课题的中心设计思想围绕三点：1.精确性，采用高精度红外发射接收模块为距离传感器；2.智能化，本设备可通过单片机编程，通过与智能手机的app进行蓝牙连接，单片机作为微处理器，可以高精度的实时显示所测距离；3.便携性，本设备总体小巧，智能终端可以用手机，属于易携带、易使用的类型。上面这三点是本课题研究的主要任务，但是采用红外测距，也会有相应的问题：测量距离时，需要有可返回的红外光线，也就是说需要能探测到被测物体，另一个问题是探测距离，由于本课题所研究的是基于日常生活中的使用，面向普通用户，所以探测距离最佳为几十厘米之内，能极大提高探测的准确性。
目录
1. 绪论 1
1.1课题背景与现状 1
1.2 课题研究的现实意义与应用前景 1
2. 方案的比较与选择 2
2.1 本课题的主要研究任务和解决思路 2
2.2 微控制器 2
2.2.1 STC89C52单片机的概述 2
2.2.2 arduino单片机设计平台的概述 4
2.3 测距传感器 5
2.3.1 超声波测距传感器 5
2.3.2 红外线测距传感器 5
2.4 蓝牙SPP串口透传模块 6
2.5 系统总体设计方案 7
3. 硬件电路的设计 8
3.1 电源模块 8
3.2 红外测距模块 8
3.2.1 红外测距的工作原理 8
3.2.2 红外测距的实现和构想 9
3.2.3 红外发射器和接收器 9
3.2.4 红外模块电路设计 10
3.3 arduino单片机开发模块 10
3.3.1 arduino单片机开发平台 10
3.3.2 AVR单片机 11
3.3.3 arduino UNO R3端口说明 11
3.3.4 arduino UNO R3核心板电路设计 12
3.4 蓝牙模块 12
3.4.1 JD *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
Y31蓝牙模块说明 13
3.4.2 蓝牙模块电路设计 14
4. 系统软件设计 15
4.1 软件总体框架设计 15
4.2 蓝牙通信模块 15
4.3 智能手机接收端 16
4.4 arduino平台代码设计 17
4.4.1 红外测量数据转换流程设计 17
4.1.2 代码分析 19
4.5 误差分析 20
4.1.1 误差产生原因 20
4.1.2 误差解决方法 21
5. 系统测试与分析 22
5.1软件仿真分析 22
5.2 硬件测试与分析 22
5.2.1 实物连接展示 22
5.2.2 测量操作描述 24
5.2.3 数据记录 25
5.2.4 本课题存在的问题 25
结束语 26
参考文献 27
1. 绪论
1.1课题背景与现状
随着社会科学技术的进步和现代工业的发展，许多我们无法轻易解决的问题在科技的帮助下变得容易且得心应手。生活中到处都有自动控制化、简单化的例子，这是大家有目共睹的，但生活中还是原始的方法来进行距离的测量，需要运用到自动测距仪器的领域只有一些科技相关领域或者工程测距。例如，在测距领域，技术和科研人员们已经取得了长足的进步，出现了各种测距方式，诸如微波雷达方式、超声波、激光以及红外测距等方式。红外测距的运用可以追寻到上世纪的六十年代[1]，其原理是一种用红外线作为介质进行传输的测量距离的方法。对于这一领域的研究有着非常重要的意义，技术的难度相比其他方式难度并不是很大。成本能控制得较低，拥有良好的性能，使用较为方便，对各行业贡献突出。又因为如此，它的市场需求大，拥有更广的发展空间。
1.2 课题研究的现实意义与应用前景
人们日常生活中需要用到红外测距的场景其实是很多的，由于普通大众不是专业工作人员，不会随身携带测量工具，诸如米尺、卷尺和测距仪等设备，偶尔碰到需要测量的场景又没有办法及时找到精确的测距工具，只能给出一个大概的估计值，正是这些估计值，有可能就会造成不必要的损失。又比如在制造业领域，汽车行业的人员都深有体会，因为倒车所导致的汽车损伤能占到很高的比例，所以，在汽车领域，倒车时距离传感器是非常重要的一个配件，能为司机实时传递与后方物体的距离，以达到避免事故的作用。除此之外，机器人导航避障领域也能经常看到红外测距的身影[2]。机器人进行轨迹导航时需要实时的距离测量反馈，从而得到精确的数据分析。在机器人货物搬运上也能很好的辅助机器人的运作，使得轨迹路线更为精准，运送货更为准确。在仓储业和运输业红外测距都发挥着不小的作用。随着科技的发展，生活中需要用到测距的场景越来越多，红外测量精度高，且应用广泛。
2. 方案的比较与选择
2.1 本课题的主要研究任务和解决思路
随着科技的不断发展以及软硬件技术的不断积累，各项实用且方便的测量工具正在被逐渐的开发和运用，这些工具和仪器正慢慢融入我们的生活，使得我们的生活变得更为便捷。但如今市面上的测距仪器仍然有可优化和完善的地方：1.不够便携，体型的大小无法让普通用户随时可以进行操作；2.不够直观可视化，使用时不易上手，不够人性化。
所以在此之上，本课题主要围绕这几个核心问题进行研究和解决。本课题的基本理论原理是，通过红外模块的发射电路端的红外发光管进行红外光的发射，通过介质空气传播至被测物体上，再反射回来，红外接收电路端的光敏接收管接收发射光，然后根据程序得出所测距离，最后通过蓝牙发射模块将距离数据发送到用户的手机app上显示，得到最终的结果。课题的中心设计思想围绕三点：1.精确性，采用高精度红外发射接收模块为距离传感器；2.智能化，本设备可通过单片机编程，通过与智能手机的app进行蓝牙连接，单片机作为微处理器，可以高精度的实时显示所测距离；3.便携性，本设备总体小巧，智能终端可以用手机，属于易携带、易使用的类型。上面这三点是本课题研究的主要任务，但是采用红外测距，也会有相应的问题：测量距离时，需要有可返回的红外光线，也就是说需要能探测到被测物体，另一个问题是探测距离，由于本课题所研究的是基于日常生活中的使用，面向普通用户，所以探测距离最佳为几十厘米之内，能极大提高探测的准确性。
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