基于无线组网与图像识别技术的激光测距系统

摘要

随着电子技术的发展，电子设备的自动化程度越来越高。特别是在大力发展物联网的今天，对电子设备测量的精度和自动控制程度的要求越来越高。为保证电子设备能够准确的对当前的环境做出判断和反应，就必须获得准确的测量数据。 当前得以广泛应用的距离测量方法主要有两种方法:传统的激光测距和超声波测距。传统的激光测距，虽然对远距离测量精度很高，但是它存在着致命的缺点。传统的激光测距是根据从激光发出到接收到反射回来的激光的这段时间来测算距离的。由于光速3×108m/s非常快，传统的激光测距的精度主要取决于计时所用的时钟的频率。这样对硬件要求就很高。特别是当激光测距应用在近距离测量中，不可能能为计时器提供那么高的时钟来保证近距离测量的精度，对这种近距离测量的硬件要求几乎是不可能实现的。超声波测距虽然可以应用近距离测量中，但是它的精度并不高，另外，它还存在多重反射的问题。 本课题的目的是为了解决在近距离测量应用中，激光测距测量精度低和成本高的问题。本课题研究的系统可以保证测量精度的前提下，降低对硬件的要求。为方便数据的统计，在本课题中用24L01无线模块对激光测距的节点进行组网，通过无线传输，送到电脑上，进行统计和处理。在本课题中采用的激光测距的方法是基于成像原理和图像处理技术，对图像进行处理得到距离信息。 本课题采用的方法是理论分析和实践验证的方法。通过理论分析，这种测量方法在近距离测量中相对于传统的激光测距方法有很大的优势，并且这种测距方法在实际应用中并不困难，对硬件的要求也很低。从理论分析看是一种性价比很高的设计。从实践验证也证明了这种方法的可行性。当然也存在一些问题，这种测距方法容易受光线的干扰，但是可以通过对图像处理的算法的优化来减弱甚至消除这种干扰的影响。通过理论分析和实践验证可以肯定这种新的激光测距的方法是可以实现的，并且对硬件的要求并不高，但是对图像处理的算法优化要求比较高。如果在光线单一的环境中应用的话，对图像处理算法优化的要求就会低很多，准确度也会高很多。 本课题的意义在于在近距离测量中应用，提供准确的距离信息，并通过无线通信模块将数据汇总，方便数据的统计和处理。这种设计在不方便人工测量的环境中必将有广阔的应用，例如，测量油罐中剩余的油量，牛奶罐中牛奶的剩余量，以及其他要求近距离精确测量距离信息的应用中。采用这种设计测量，可以大大的节省人力，并且能提高测量精度，并且方便数据的统计。这种设计同时也是顺应物联网发展的大趋势，实现自动测量，通过无线网络实现测量数据的自动汇聚，也可以通过无线网络对测量终端做出调整。综上所述，这是一种低成本高精度的测量方法。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 本课题研究的目的与意义

1．2 国内外研究与应用现状

1．3 本课题研究目标及研究内容

1．4 本章小结

第二章 相关原理与技术

2．1 颜色识别原理

2．2 激光测距原理

2．3 无线网络自组网原理

2．4 单片机的选型和介绍

2．5 NRF24L01无线通信模块

2．6 SPI总线

2．7 UART总线协议

2．8 本章小结

第三章 硬件设计

3．1 硬件架构及工作流程

3．2 主站设计

3．3 从站设计

3．4 无线传输模块

3．5 本章小结

第四章 软件设计

4．1 从站软件设计

4．2 主站软件设计

4．3 上位机软件的设计

4．4 编程工具与程序下载工具

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 研究工作总结

5．2 挑战与展望

参考文献

致谢

附录