一、红外测距系统概述

1.1 红外测距的基本原理

红外测距主要利用红外光的反射原理或三角测量原理实现距离检测：

• 主动式红外测距：红外发射器发出一束光，遇到障碍物后反射，红外接收器接收反射信号，并根据反射强度或角度计算距离。

• 典型模块：如Sharp GP2Y0A21YK0F红外测距模块，输出为模拟电压，电压与距离成非线性关系。

1.2 系统特点

• 测距范围：一般为10cm~80cm；

• 精度适中，响应快；

• 抗干扰能力强，适合室内场景。

二、PIC16F877单片机简介

2.1 芯片概览

PIC16F877是Microchip公司推出的8位高性能RISC单片机，主要特性如下：

• 主频：20MHz；

• I/O口：33个通用引脚；

• A/D转换器：8通道10位ADC；

• 串口通信：支持USART；

• 存储容量：8K字节程序存储器、368字节RAM；

• 编程方式：支持ICSP。

2.2 优势分析

• 具备多路A/D转换能力，适合读取红外模块模拟输出；

• 中断系统完善，利于控制实时响应；

• 功耗低，适用于电池供电设备。

三、系统总体结构设计

3.1 系统构成框图

css复制编辑[红外测距模块] → [PIC16F877 A/D输入] → [数据处理] → [LCD显示/串口输出]

3.2 硬件组成

四、红外模块与单片机接口设计

4.1 红外模块输出特性

以GP2Y0A21YK0F为例：

• 输出电压范围：0.4V ~ 2.4V；

• 距离范围：10cm ~ 80cm；

• 电压与距离成反比（非线性关系）；

• 响应时间：39ms（典型值）。

4.2 A/D通道连接

• 将红外模块输出端连接至PIC16F877的AN0通道；

• 启用ADC模块，设置基准电压为5V；

• 采样电压转换为数字值，精度为10位（0~1023）；

• 利用查表或拟合函数将电压转换为距离。

五、软件设计与控制流程

5.1 主程序流程图

复制编辑系统初始化 →红外模块采样 →ADC转换 →距离计算 →LCD显示或串口发送 →延时或中断等待 →循环执行

5.2 关键模块详解

（1）ADC初始化与采样

c复制编辑void ADC_Init(){    ADCON0 = 0x41; // 选择AN0，启动ADC    ADCON1 = 0x80; // 设置结果右对齐}unsigned int ADC_Read(){    ADCON0 |= 0x04; // 启动转换    while(ADCON0 & 0x04); // 等待完成    return ((ADRESH << 8) + ADRESL);}

（2）电压到距离转换（拟合公式）

可用经验公式拟合，如：

c复制编辑float voltage = adc_value * 5.0 / 1023;float distance = 27.86 * pow(voltage, -1.15); // 实测拟合

或采用查表法提高精度。

（3）LCD 显示

c复制编辑lcd_set_cursor(1,1);lcd_print("Dist:");lcd_print_float(distance);lcd_print(" cm");

六、系统性能测试与优化

6.1 测试参数

• 增加滑动平均滤波，降低跳变误差；

• 添加温度补偿机制（对于某些应用）；

• 将数据上传至上位机进行可视化分析。

七、典型应用场景分析

八、结语

基于PIC16F877的红外测距系统结构简单、成本低廉，但却拥有良好的扩展性与可靠性。通过合理选型、精准拟合与稳定算法，能够实现满足大多数入门级或中低速工业应用的测距功能。

未来可以通过引入数字滤波算法、红外测距阵列、**无线通信模块（如蓝牙/WiFi）**进一步提升系统智能化水平，向物联网感知层迈进。