摘 要

本文主要讨论一种基于单片机STM32的激光测距传感器的设计。主要实现功能为通过GY-53数字红外测距传感器模块测得距离信息，再由STM32F103RCT6通过通信获取距离数据。在OLED上显示距离信息的同时，芯片需要对数据进行分析，最后通过DAC，485通信等方式将控制信息传输到外部设备。

其中关于传感器模块，GY-53制造成本低，可在3-5V电压下正常工作，并且其功耗和占用空间都比较小，可直接与单片机相连，并且提供STM32单片机通讯程序。其工作原理为红外LED发光，照射到被测物体后红外线返回，而内置MCU接收光并计算时间差，得出距离信息。

至于数模转换部分，芯片输出的数字信号最大为3.3V，为了达到将输出电压控制在10V以内，在进行DAC时需要在硬件上通过设计电路放大电压信号。最后这些信号都将作为控制信息传输到外部设备，此处为薄膜收卷机。通过这些信息，收卷机可以控制旋转角速度，提高工作效率。

关键词：STM32；激光测距；485通信；数模转换

Abstract

This paper mainly discusses the design of a laser ranging sensor based on single chip microcomputer STM32.The main function is to measure the distance information through gy-53 digital infrared ranging sensor module, and then acquire the distance data through communication by STM32F103RCT6.

While displaying distance information on OLED, the chip needs to analyze the data, and finally transmit control information to external devices through DAC, 485 communication and other means.Of sensor module, GY - 53 manufacturing cost is low, can work normally under 3-5 v voltage, and its power consumption and take up the space is small, can be directly connected to the microcontroller, and provide the STM32 MCU communication program.

Its working principle is infrared LED luminescence, the infrared ray returns after irradiation to the object under test, while the built-in MCU receives the light and calculates the time difference, and obtains the distance information.

As for the d/a conversion part, chip output digital signal of 3.3 V, in order to achieve the output voltage control in less than 10 V, when making DAC need to voltage signal amplification circuit by design on hardware.

Finally, these signals will be transmitted as control information to the external device, where is the film reel.

Key words: STM32;Laser ranging;485 communication;D/A conversion

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 本文的结构安排 1

第2章 需求分析与总体解决方案 3

2.1 需求分析 3

2.2 总体解决方案 3

2.2.1 方案概述 3

2.2.2 各模块构成 4

2.2.3 相关工具 6

第3章 系统各模块硬件设计 8

3.1 单片机 8

3.2 电源电路 10

3.3 红外测距模块 11

3.4 OLED液晶显示模块 12

3.5 模拟量输出模块 12

3.6 485通信模块 14

3.7 其他模块 15

第4章 系统软件设计 17

4.1 利用STM32CubeMX配置外设 17

4.2 利用Keil uVision5完善代码 19

4.2.1 OLED函数 19

4.2.2 gpio函数 20

4.2.3 usart函数 20

4.2.4 dac函数 21

4.2.5 main函数 22

第5章 系统测试与误差分析 24

5.1 测量数据 24

5.2 误差分析 24

5.3 实物图及功能介绍 25

第6章 工作总结与后期展望 28

参考文献 29

致 谢 30

第1章 绪论

1.1 研究目的及意义

在生产薄膜类产品时，生产线末端收集薄膜时常常需要检测薄膜卷径。这不仅仅是为了使生产出产品为同一规格，只有能实时得知薄膜卷径，收卷机在工作时才能准确的实现张力的控制，在不损坏产品的基础上提高工作效率。本课题利用激光相干测距原理，利用ST的53L0A1激光传感头，设计一种基于STM32的薄膜卷径测量传感器。要求测量0-1000mm，300ms测量时间，可以输出0-20mA信号，对应最小卷径和最大卷径，运行稳定。

• 1. 国内外研究现状

激光这个概念最早由爱因斯坦提出，经过几十年的研究发展才在1960年首次被制造出来。作为20世纪以来最伟大的发明之一，当激光问世，立刻促进了生产力的飞速发展，被应用于工业，医学等多个领域，实际应用包括激光焊接，激光切割，激光美容，乃至军事上也在研发激光武器。激光的广泛应用主要源于以下几个特性：定向性好，能量密度大，相干光等等。而本课题中所用到的则是相干特性：所有的光波都是同步的，整束光就好像一个“波列”。

国内外对于激光测距的研究也在不断进行中，最早在20世纪70年代美国率先完成了激光测距的研究并投入使用，而后西方各国也陆续完成了相关技术的研究。我国也是不落下风，于1972年设计出了第一台激光测距仪，并不断改良，可以说也是走在世界的前端。目前的激光测距有很多方法，比如相位法和脉冲法，但是显然，这些方法并不适用于薄膜卷径测量。

对于薄膜卷径测量，现在主流方法有超声波检测和线速度计算间接检测，但这些方法在精度上都有所不足。本课题将讨论一种新型检测方案，即利用激光相干测距原理进行薄膜卷径的实时测量。相比较于其他几种测量方法，激光测距精度更高，稳定性更好，但是激光测距也存在问题，在于空气中灰尘干扰，影响激光的发射与接收。

• 1. 本文的结构安排

本文的组织结构如下：