红外倒车防撞报警器.docx

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红外倒车防撞报警器

《电子技术》课程设计报告

课题：

红外倒车防撞报警器

班级电气1102学号1101205219

学生姓名凡鹏飞

专业电气工程及其自动化

系别电子信息工程系

指导教师电子技术课程设计指导小组

淮阴工学院

电子与电气工程学院

2012年05月

红外倒车防撞报警器

一、设计目的

a）培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。

b）学习较复杂的电子系统设计的一般方法，了解和掌握模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题，由学生自行设计、自行制作和自行调试。

c）进行基本技术技能训练，如基本仪器仪表的使用，常用元器件的识别、测量、熟练运用的能力，掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试和数据处理等。

d）培养学生的创新能力

二、设计要求与设计要求

利用红外光反射，为汽车倒车时提供防撞报警信号

1.技术指标

（1）防撞距离1米左右；

（2）提供声光报警。

2.设计要求

（1）按照任务书要求，进行电路设计，给出原理框图；

（2）根据原理框图，进行整体电路设计；

（3）选择主要单元器件、单元电路，给出选择方法与选择理由；

（4）安装、设计电路，实现预期功能；

（5）提交格式符合要求、内容完整的设计报告。

三、总体设计

该系统由发射电路、接收电路、放大电路和报警电路组成。

如图（a）所示，发射电路主要由555和红外线对外发射信号灯以及电阻、电容组成。

555定时器引脚功能

555电路的内部电路方框图如图所示。

它含有两个电压比较器，一个是基本RS触发器，一个放电开关管T，比较器的参考电压由三只5K的电阻器构成的分压器提供。

它们分别是高电平比较器C1的同向输入端和低电平比较器C2的反向输入端的参考电平为2/3Vcc和1/3Vcc。

C1与C2的输入端控制RS触发器状态和放电管开关状态。

当输入信号自6脚，即高电平触发输入并超过参考电平2/3Vcc时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于1/3Vcc时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电开关管截止。

RD是复位端（4脚），当RD=0，555输出低电平。

平时RD端开路或接Vcc。

Vc是控制电压端（5脚），平时输出2/3Vcc作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01uf的电容到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。

TD为放电管，当TD导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电通路。

555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。

这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路，可方便地构成单稳态触发产生器，多谐振荡器，施密特触发器等脉冲或波形变换电路。

　　555定时器的功能主要由两个比较器决定。

两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。

在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器A1的反相输入端的电压为2VCC/3，A2的同相输入端的电压为VCC/3。

若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器A2的输出为1，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。

如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则A1的输出为1，A2的输出为0，可将RS触发器置0，使输出为0电平。

555定时器外引脚排列图

LM567内部结构如图及其功能

管脚功能描述:

①、②脚通常分别通过一电容器接地，形成输出滤波网络和环路单级低通滤波网络。

②脚所接电容决定锁相环路的捕捉带宽：

电容值越大，环路带宽越窄。

①脚所接电容的容量应至少是②脚电容的2倍。

③脚是输入端，要求输入信号≥25mV。

⑤、⑥脚外接的电阻和电容决定了内部压控振荡器的中心频率f2，f2≈1/1.1RC。

⑧脚是逻辑输出端，其内部是一个集电极开路的三极管，允许最大灌电流为100mA。

LM567管脚图及内部框图

LM567选频电路

5、6脚外接定时电阻及电容决定锁相环内部压控振荡器的中心频率（fo=1/1.1RC）。

第2脚对地接电容C2为相位比较器输出的低通滤波器。

第2脚所接电容C2对锁相环的捕捉带宽Bw有影响。

第1脚对地接一电容C1为正交相位检波器的输出滤波，其电容值应不小于2脚所接电容约两倍，即Cl大于等于2C2。

第3脚为信号输入端，要求输入信号的幅度大于25mV，最佳值为200mV左右。

当LM567的输入信号的频率落在其内部压控振荡器中心频率fo附近时，逻辑输出端（8脚）将由原高电平变为低电平，输出一个负脉冲。

8脚不仅可以实现选频，而且还有负脉冲形成功能。

改变Rp可改变选频频率。

由于8脚为集电极开路输出，故实际应用时，其8脚应接一上拉电阻至电源正极Vdd。

CD4069引脚排列及其内部结构

VD4069内部结构

由于CMOS门电路有一个固定的阀值电平，对于信号脉冲中低于阀值电平的部分，门电路的输入端不予响应。

利用门电路的这一特点，常将其直接用于对脉冲的整形。

在实际电子电路中，集成门电路是其中应用最多的电路之一。

它的用途除了作控制门之外，还用来组成时钟脉冲发生器。

由于一块集成门电路中往往包含几个独立的门电路，在组成一些电路的主要结构之后总有一些多余的部分。

可以利用这些多余的部分来作脉冲的整形、反相以及放大等用途。

对于某些要求较高的电路，直接用门电路整形，有时还不能满足要求，而是将门电路组成一个施密特触发器，利用施密特触发器的滞后特性，使脉冲的整形符合电路的要求，这种电路的结构如图所示。

四、单元电路设计

红外线倒车防撞报警器电路由红外信号发射器，红外信号接收及信号处理电路和声光警示电路组成。

锁相环音频译码器LM567与红外发射管LED1、LED2组成红外信号发射电路。

在同一电路内由光电二极管TLP104组成红外反射信号接收器。

LM567为红外发射信号的调制器兼接收信号的接收与解调器，经接收解调后的信号由③脚输出，其输出控制信号的形式为低电平。

时基集成电路NE555与R6、R7及C7组成一个多谐振荡器，发光二极管LED3、蜂鸣器及VT3、指示灯等元器件组成了声光警示电路。

车辆倒车时，本电路的电源被接通，LM567⑤脚输出的频率为20kHz的脉冲信号，经VT1放大后驱动LED1，LED2发出经调制的红外信号，当红外接收管VT2没有接收到红外信号时，LM567的③脚输出高电平，使得NE555的复位端④脚也为高电平，由NE555等元器件组成的多谐振荡器起振，发光二极管LED3闪烁发光，蜂鸣器随着LED3同步间断发声，小灯泡在VT3的驱动下也同步闪光。

当车辆的尾部距离障碍物过近时（小于1m），LED1、LED2发出的红外信号经障碍物的反射被红外接收管接收到并转换成电信号，20kHz的电信号送入LM567的信号输入端③脚，LM567的③脚输出低电平，NE555的复位端④脚受到低电平控制，振荡器停止工作，其③脚输出低电平，LED3由闪烁发光变为常亮，蜂鸣器由间断发声变为常鸣，小灯泡熄灭，提醒司机立即停止倒车。

五、调试

本电路采用逐步调试的方法。

在调试之前，对照原理图，检查装置中的各个元件和它们相互的连接关系是否正确，并确保装置中无漏焊或虚焊等错误现象。

首先，调试发射电路。

将9v的直流电源连接到装置的两极（注意：

极性不可接反），使用示波器测试555定时器的输出端（3脚）,应该在显示屏上看到频率约为100Hz的方波信号。

同时，用万用表测试红外发射管两端是否有电压输出，以检测二极管是否接反。

其次，调试接收电路。

用示波器测试几个特殊点的波形，看其是否正确。

并且在无光照时，输出为低电平。

最后，进行整体调试。

接通电源后，需先检查发光二极管是否发光。

如果不亮则检查二极管的好坏，若二极管正常，则检查开关电路，是否出现了虚焊等现象。

排除障碍后，二极管就亮了，然后按下开关，此时发光二极管应该是熄灭的。

如果仍亮着，则需进一步检测电路的连接是否出错。

若二极管能正常地熄灭，就用物体遮挡红外光发光管，理论上讲此时发光二极管应该发亮，即开始报警，但是如果没有报警，则需要检测振荡电路，可以用示波器观察其波形是否正确，然后用万用表检查连接的导线有无出现各种焊接问题，确定没有问题后，可以缓慢调节滑动变阻器，使之位于一个较为合适的阻值，并再次检查电路运行是否正常。

六、电路测试及测试结果

安装之前要运用大二时的电工知识对所要用的元件逐个检查，以确保焊接上的元器件都是管用的，焊接过程中，可把接地和接电源的接线用适当的脱皮金属细丝直接连接在焊接板的两条边缘的铜线上，这样既节省了导线，又美观而且易于后期的调试和检查。

采用6节1.5V的干电池接成9V直流电源，焊接完NE555多谐振荡电路和发射电路后，在保证电路连接正确的基础上，检查电路的焊接情况，仔细检查有无虚焊或漏焊的点。

再用示波器分别测量原理图，由于555触发器输出的波形是方波，可根据这一点来检查电路的连接正确与否。

在示波器上看其是否分别产生稳定频率的方波，若不能达到预期效果，及时纠正错误。

所有电路焊完后，接通电源，首先观察有无异常现象，包括有无冒烟，是否闻到异常气味，手摸元件是否发烫。

须特别注意接收二极管的正负极连接情况，因为元器件发热有可能是接收二极管接反了而没有起到作用，从而造成电路中电流过大。

若有异常现象应立即断开电源，用万用表检查各个器件，直至发现错误。

还有一点需要注意的：

在电源线密集的地方可以接个电容，起到滤波作用。

如果没有无异常现象，但发光二极管不能正常发光，则可能是接触不良，可检查各接点是否接触良好。

当发光二极管正常发光后，按下开关，此时发光二极管熄灭。

用一较厚的纸片挡住接收二极管（一定要用厚一点的纸片，因为红外线可能穿过薄的纸片），此时可以看到报警电路的发光二极管亮了，而且拿走纸片后仍亮。

在调试过程中我们可把电路分为三个部分逐部分调试，这样以便于快速查找出错的地方，可采用先断开其中两部分电源来测其中一部分，当然也可以先在实验箱上模拟完成。

七、设计总结

通过这次的电子实习，我发现我的动手能力还是有待提高的，在通用电路板上，首先要学会规划零件的布局，这个是至关重要的，要做到装置的有效和外形的美观，这个需要我多多的练习。

学校提供这次实习的机会，主要是为了提学生的动手制作能力，我从选用器材到焊接制作，我都获益良多，我更加了解了555的多谐振荡功能，也让我了解了二极管、三极管等器件的功能，让我对以前电路、模电、数电等基础课的总结，巩固了我所学的专业基础知识。

八参考文献

1康华光，陈大钦.电子技术基础数字部分（第五版）.北京：

高等教育出版社，2006年1月第五版

2陈永甫．红外探测与控制电路．人民邮电出版社，2004年6月第一版

3[美]A．R．.杰哈著张孝霖等译．红外技术应用（光电、电子器件及传感器）．化学工业出版社，2004年10月第一次北京印刷．

九、附录

所需元器件表

发光二极管*2VDPTLP104*1

NE555*1VD1IN4007

555*1三极管*1

LM567*1蜂鸣器*1

变阻器*1开关*1

100K电阻*3CD4069*1

10K电阻*475K电阻*1

1M电阻*10.01微法电容*4

0.1微法电容*21微法电解电容*2

10微法电解电容*1200微法电解电容*1