CN117347977A - 一种红外测距传感器控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种红外测距传感器控制电路，将主控制芯片MCU、电源转换芯片、红外测距传感器模块集成到一块电路板上。所述的主控制芯片MCU，通过内部I2C引脚与红外测距传感器模块连接，通过I2C接口向红外测距传感器模块发送控制指令并读取红外测距传感器模块的寄存器信息，通过内部485通信引脚与485通信模块连接，同上位机进行通信，所述的电源转换模块对主控制芯片MCU、485通信模块、红外测距传感器模块进行供电，所述的红外测距传感器模块可将被测目标区域配置为4x4个区域，并对区域内的目标物进行实时距离测量,发出的光线为不可见红外光，并对区域内的目标物进行实时距离测量，视角宽达63°,整个电路板体积长20mm，宽20mm，节省空间。
Description
技术领域
本发明涉及红外测距传感器技术领域，具体涉及一种红外测距传感器控制电路。
背景技术
红外线又称红外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质，红外测距传感器是一种用红外线为介质的测量系统，测量范围广，响应时间短，主要应用于现代科技，国防和工农业领域。红外测距传感器具有一对红外信号发射与接收二极管，利用红外信号发射二极管发射出一束红外光，在照射到物体后形成一个反射的过程，反射到传感器后接收信号，通过计算接收发射与接收的时间差的数据，经信号处理器处理后计算出物体的距离。
传统的红外测距传感器，多为单区域测距，红外发射电路的红外发光二极管发出红外光，经障碍物反射后，由红外接收电路的光敏接收管接收前方物体反射光，据此判断前方是否有障碍物。根据发射光的强弱可以判断物体的距离。现有技术CN114427853A公开了一种基于红外—激光组合的倾斜度自动检测装置。通过设置两个激光测距仪，设置光敏传感器进行联动控制，保证在上下位置相对时进行垂直距离和水平距离的测量，测量后进行自动计算并显示。该装置采用的红外从测距传感器体积较大，且不能将所测物体划分为多区域检测，传感器与主控制单元未集成到一块电路板。现有技术CN204989844U公开了一种手势控制智能表液晶显示系统，通过红外手势检测装置包括：红外发射管用于发射红外线，红外接收管，用于接收经过障碍物反射回来的红外线，并确定反射回来的红外线的信号强度，用于根据所述信号强度进行手势动作的识别，该红外从测距传感器体积较大，且不能将所测物体划分为多区域检测。
发明内容
针对现有技术的至少一个缺陷而进行的改进，本发明提供一种红外测距传感器控制电路。
本发明所采用的技术方案是一种红外测距传感器控制电路，包括电源转换模块、主控制芯片MCU、485通信模块、红外测距传感器模块，所述的主控制芯片MCU，通过内部I2C引脚与红外测距传感器模块连接，通过I2C接口向红外测距传感器模块发送控制指令并读取红外测距传感器模块的寄存器信息，通过内部485通信引脚与485通信模块连接，同上位机进行通信，所述的电源转换模块对主控制芯片MCU、485通信模块、红外测距传感器模块进行供电，所述的红外测距传感器模块可将被测目标区域配置为4x4个区域，并对区域内的目标物进行实时距离测量。
优选的，所述的电源转换模块将3～12(V)直流电压转换为3.3V直流电压。
优选的，所述的主控制芯片MCU的PA11引脚与红外测距传感器模块的SCL引脚相连，主控制芯片MCU的PA12引脚与红外测距传感器模块的SDA引脚相连，主控制芯片MCU的PB4引脚与红外测距传感器模块的LPn引脚相连,主控制芯片MCU的PB3引脚与红外测距传感器模块的I2C_RST引脚相连，主控制芯片MCU的PA15引脚与红外测距传感器模块的INT引脚相连。
优选的，所述的红外测距传感器模块的LPn引脚通过上拉电阻R4连接到3.3V电压，将LPn引脚设置为高电平控制红外测距传感器模块选通，红外测距传感器模块的I2C_SCL引脚通过上拉电阻R1连接到3.3V电压，将I2C_SCL引脚设置为高电平，红外测距传感器模块的I2C_SDA引脚通过上拉电阻R2连接到3.3V电压，将I2C_SDA引脚设置为高电平，I2C_SCL红外测距传感器模块的INT引脚通过上拉电阻R3连接到3.3V电压，将红外测距传感器模块的INT引脚设置为高电平，红外测距传感器模块的I2C_RST引脚通过下拉电阻R8连接到3.3V电压，将红外测距传感器模块的I2C_RST引脚设置为非复位状态。
优选的，所述的红外测距传感器模块，主控制芯片MCU、电源转换模块集成在一块电路板上，整个电路板体积长20mm，宽20mm。
一种红外测距传感器控制电路在机器人障碍物检测、智能楼宇和智能照明、视频投影机梯形失真校正、激光辅助自动对焦设备的应用。
本发明的有益效果是：本发明设计一种红外测距传感器控制电路，将主控制芯片、电源转换芯片、红外测距传感器模块集成到一块电路板上。红外测距传感器模块为多区域距离测量，发出的光线为红外光，最多可以将测量目标配置为4x4个区域，并对区域内的目标物进行实时距离测量，视角宽达63°。在最大频率60Hz下，传感器的每个区域最大测量距离为4米。红外测距传感器模块及主控制芯片、电源转换芯片电路均采用小型封装器件，整个电路板体积长20mm，宽20mm，体积小巧，易于集成到各类智能检测设备当中。本发明所设计的红外测距传感器可广泛应用于机器人障碍物检测、智能楼宇和智能照明(通过用户检测唤醒设备)、视频投影机梯形失真校正、激光辅助自动对焦等设备当中。
附图说明
图1为红外测距传感器控制电路系统图。
图2为红外测距传感器控制电路主芯片MCU原理图。
图3为红外测距传感器控制电路红外模块电路原理图。
图4为红外测距传感器数据采集控制流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件能够以各种不同的配置来布置和设计。
传统的红外测距传感器，多为单区域测距，红外发射电路的红外发光二极管发出红外光，经障碍物反射后，由红外接收电路的光敏接收管接收前方物体反射光，据此判断前方是否有障碍物。根据发射光的强弱可以判断物体的距离。本发明采用的红外测距传感器，可以将测量目标配置为多个区域，并对区域内的目标物进行实时距离测量，测量更加精准。且红外传感器体积小巧，尺寸为6.4x 3.0x 1.5mm，易于集成且兼容各种材质的盖片材料。
本发明设计一种红外测距传感器控制电路，将主控制芯片MCU、电源转换芯片、红外测距传感器模块集成到一块电路板上。红外测距传感器模块为多区域距离测量，发出的光线为红外光，最多可以将测量目标配置为4x4个区域，并对区域内的目标物进行实时距离测量，视角宽达63°。在最大频率60Hz下，传感器的每个区域最大测量距离为4米。红外测距传感器模块及主控制芯片、电源转换芯片电路均采用小型封装器件，整个电路板体积长20mm，宽20mm，易于集成到各类智能检测设备当中。
主控制芯片MCU，通过内部I2C引脚与红外测距传感器进行连接，通过I2C接口向红外测距传感器发送控制指令，对其进行初始化设置、工作模式设置。通过I2C接口读取红外测距传感器相应寄存器信息，获取红外测距传感器测得的距离信息。通过内部485通信引脚与485通信模块连接，同上位机进行通信。电源转换模块将3～12(V)直流电压转换为3.3V直流电压，对主控制芯片MCU、485通信模块、红外测距传感器模块进行供电。485通信模块与主控制芯片MCU相连，可与上位机操作界面进行通信，将红外测距传感器采集到的距离信息发送到上位机操作界面进行显示。红外测距传感器模块可将被测目标区域配置为4x4个区域，并对区域内的目标物进行实时距离测量，主控制芯片MCU通过I2C引脚，根据I2C通信协议，读取测得的距离信息。
主控制芯片MCU的PA11引脚与红外测距传感器模块的SCL引脚相连，作为I2C通信的时钟引脚。主控制芯片MCU的PA12引脚与红外测距传感器模块的SDA引脚相连，作为I2C通信的数据引脚。主控制芯片MCU的PB4引脚与红外测距传感器模块的LPn引脚相连,作为片选信号控制红外测距传感器模块的使能。主控制芯片MCU的PB3引脚与红外测距传感器模块的I2C_RST引脚相连，对红外测距传感器模块的进行复位控制。主控制芯片MCU的PA15引脚与红外测距传感器模块的INT引脚相连，当红外测距传感器模块距离距离数据采集完成后，INT引脚电平由高电平变为低电平，主控制MCU芯片通过采集INT引脚电平信息，获悉距离数据采集完成，通过I2C接口读取红外测距传感器模块测得的距离信息。
红外测距传感器模块的LPn引脚通过上拉电阻R4连接到3.3V电压，将LPn引脚设置为高电平控制红外测距传感器模块选通。红外测距传感器模块的I2C_SCL引脚通过上拉电阻R1连接到3.3V电压，将I2C_SCL引脚设置为高电平。红外测距传感器模块的I2C_SDA引脚通过上拉电阻R2连接到3.3V电压，将I2C_SDA引脚设置为高电平。I2C_SCL红外测距传感器模块的INT引脚通过上拉电阻R3连接到3.3V电压，将红外测距传感器模块的INT引脚设置为高电平。红外测距传感器模块的I2C_RST引脚通过下拉电阻R8连接到3.3V电压，将红外测距传感器模块的I2C_RST引脚设置为非复位状态。
上位机操作界面可以通过485通信接口，向主控制芯片MCU发送控制指令，配置红外测距传感器模块的工作模式。上位机操作界面可以通过485通信接口，接收主控制芯片MCU发送的位置信息数据，对红外测距传感器模块采集到的位置信息进行实时显示。
红外测距传感器控制流程为：主控制芯片MCU通过I2C通信接口同红外测距传感器模块进行通信，设置传感器初始化，设置采样分辨率、采样频率、采样时间，发送开始采样命令，当红外测距传感器采集完成距离数据时，红外测距传感器的INT引脚由高电平变为低电平，主控制芯片MCU通过检测红外测距传感器的INT引脚的电平变化，获悉当前采样是否完成，当主控制芯片MCU监测到红外测距传感器的INT引脚变为低电平时，判定红外测距传感器采样完成，通过I2C通信接口获取当前距离采样数据。当不需要进行距离数据采样时，主控制芯片MCU通过I2C通信接口向红外测距传感器模块发送停止采样指令，采样过程结束。
主控制芯片MCU通过I2C通信接口同红外测距传感器模块进行通信，对其进行初始化设置、工作模式设置。通过I2C通信接口发送红外测距传感器工作采样频率设置为60Hz。采样模式可设置为连续采样模式和间断采样模式，连续采样模式下，在采样时间内，持续发射红外光，在被测物体距离较远及对采样精度要求较高时，可采用该模式。间断采样模式下，在采样阶段，在预先设定时间内发射红外光，在低功耗设备中可采用该模式。可根据实际应用场合对工作模式进行设置和更改。
主控制芯片MCU通过I2C通信接口向红外测距传感器模块发送开始采样指令，红外测距传感器模块在预先设定的工作模式下进行采样，当采样到原始数据后，经过红外测距传感器模块内置程序换算成距离信息，存储到采样距离存储寄存器当中，红外测距传感器模块将测量目标配置为4*4个区域，分别在16个采样距离存储寄存器当中存储采集到的距离信息。
当红外测距传感器模块采集到距离信息并保存在内部采样距离存储寄存器内后，将INT引脚设置为低电平，当主控制芯片MCU监测到红外测距传感器的INT引脚变为低电平时，判定红外测距传感器采样完成，通过I2C通信接口读取16个采样距离存储寄存器内部的当前距离采样数据。
采用中位值滤波法对将16个采样距离存储寄存器内的数据进行处理，将采样距离存储寄存器内部的距离数据按从大到小进行排序，取中间值为本次有效值，获取被测物体当前距离。
主控制芯片MCU持续监测INT引脚，当INT引脚变为低电平时，持续获取当前障碍物距离信息。当不再需要对目标进行监测时，主控制芯片MCU发送停止采样指令，采样测距过程结束。
本发明所设计的红外测距传感器可广泛应用于机器人障碍物检测、智能楼宇和智能照明(通过用户检测唤醒设备)、视频投影机梯形失真校正、激光辅助自动对焦等设备当中。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种红外测距传感器控制电路，其特征在于：包括电源转换模块、主控制芯片MCU、485通信模块、红外测距传感器模块，所述的主控制芯片MCU，通过内部I2C引脚与红外测距传感器模块连接，通过I2C接口向红外测距传感器模块发送控制指令并读取红外测距传感器模块的寄存器信息，通过内部485通信引脚与485通信模块连接，同上位机进行通信，所述的电源转换模块对主控制芯片MCU、485通信模块、红外测距传感器模块进行供电，所述的红外测距传感器模块可将被测目标区域配置为4x4个区域，并对区域内的目标物进行实时距离测量。
2.根据权利要求1所述的一种红外测距传感器控制电路，其特征在于：所述的电源转换模块将3～12(V)直流电压转换为3.3V直流电压。
3.根据权利要求1所述的一种红外测距传感器控制电路，其特征在于：所述的主控制芯片MCU的PA11引脚与红外测距传感器模块的SCL引脚相连，主控制芯片MCU的PA12引脚与红外测距传感器模块的SDA引脚相连，主控制芯片MCU的PB4引脚与红外测距传感器模块的LPn引脚相连,主控制芯片MCU的PB3引脚与红外测距传感器模块的I2C_RST引脚相连，主控制芯片MCU的PA15引脚与红外测距传感器模块的INT引脚相连。
4.根据权利要求1所述的一种红外测距传感器控制电路，其特征在于：所述的红外测距传感器模块的LPn引脚通过上拉电阻R4连接到3.3V电压，将LPn引脚设置为高电平控制红外测距传感器模块选通，红外测距传感器模块的I2C_SCL引脚通过上拉电阻R1连接到3.3V电压，将I2C_SCL引脚设置为高电平，红外测距传感器模块的I2C_SDA引脚通过上拉电阻R2连接到3.3V电压，将I2C_SDA引脚设置为高电平，I2C_SCL红外测距传感器模块的INT引脚通过上拉电阻R3连接到3.3V电压，将红外测距传感器模块的INT引脚设置为高电平，红外测距传感器模块的I2C_RST引脚通过下拉电阻R8连接到3.3V电压，将红外测距传感器模块的I2C_RST引脚设置为非复位状态。
5.根据权利要求1所述的一种红外测距传感器控制电路，其特征在于：所述的红外测距传感器模块，主控制芯片MCU、电源转换模块集成在一块电路板上，整个电路板体积长20mm，宽20mm。
6.一种红外测距传感器控制电路在机器人障碍物检测、智能楼宇和智能照明、视频投影机梯形失真校正、激光辅助自动对焦设备的应用。
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