《電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐》課程設(shè)計--紅外線倒車雷達

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1、廣西科技年夜學(xué)之阿布^王創(chuàng)作 時間：二O二一年七月二十九日 《電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐》課程設(shè)計陳說 題目：紅外線倒車雷達 學(xué)院：電氣與信息工程學(xué)院 班級：電子Z141 學(xué)號： 姓名： 指導(dǎo)教師： 2017年1月5日 一 .設(shè)計目標 1 . 了解紅外線倒車雷達的工作原理. 2 .學(xué)會識讀紅外線倒車雷達電路原理圖、裝置圖 . 3 .掌握紅外線倒車雷達電路裝置及焊接. 4 .掌握紅外線倒車雷達丈量和調(diào)試技能. 5 .學(xué)會用Multisim 軟件仿真電路. 二 .項目介紹 本紅外線倒車雷達測距具有電路結(jié)構(gòu)簡單、本錢低、電路工作穩(wěn) 定的特點，廣泛應(yīng)用于各種測距場所.紅外線

2、倒車雷達電路由多諧 振蕩器電路、紅外線發(fā)射與接收電路、信號放年夜與電壓比力電 路和發(fā)光管顯示電路組成.電路使用紅外發(fā)射管和紅外接收管作為 傳感器件，電路的核心元件包括NE555和運放LM324.NE555構(gòu)成多 諧振振蕩電路發(fā)射紅外波信號,LM324 主要用來放年夜紅外接收信 號和構(gòu)成電壓比力器電路, 發(fā)光二極管用來指示倒車距離范圍 . 三 . 電路原理簡要分析 NE555 及外圍元件組成多諧振蕩器電路, 發(fā)生驅(qū)動紅外線發(fā)射 管工作的震蕩電壓, 驅(qū)動發(fā)射管發(fā)射出紅外線信號. 紅外線被物體 反射回來后 , 由紅外線接收管接收并送人LM324 的第 2 腳進行放年 夜，放年夜后

3、的信號經(jīng) U2的第一腳輸出，經(jīng)C3耦合、D1和C2整 流濾波后送至U2 的三個比力器的反相輸入端, 分別與三個比力器 的同相輸入真?zhèn)€電壓進行比力 , 當(dāng)反相輸入真?zhèn)€電壓高于同相輸入 真?zhèn)€電壓時, 該比力器輸出低電平, 使與其連接的發(fā)光二極管點亮 . 由發(fā)光二極管點亮的個數(shù)來指示距離的遠近. 四．項目實施 1 . 紅外線倒車雷達電路原理圖 圖 1-1 電路原理圖 2 ．電路核心元件介紹 （ 1 ）紅外發(fā)射和接收管 紅外發(fā)射管也稱紅外線發(fā)射二極管, 屬于二極管類. 它是可以 將電能直接轉(zhuǎn)換成近紅外光（不偏見光）并能輻射出去的發(fā)光器 件 , 主要應(yīng)用于各種光電開關(guān)及遙控發(fā)射電

4、路中 . 紅外線發(fā)射管的 結(jié)構(gòu)、原理與普通發(fā)光二極管相近, 只是使用的半導(dǎo)體資料分歧. 紅外發(fā)光二極管通常使用碎化錢（GaAs）、碑鋁化錢（GaAlAs） 等資料 , 采納全透明或淺藍色、黑色的樹脂封裝 . 紅外接收管就是將光信號(不偏見光)轉(zhuǎn)換成電信號一般是 接收、放年夜、解調(diào)一體頭 , 紅外信號經(jīng)接收管解調(diào)后 , 數(shù)據(jù) “ 0 ”和“1 ”的區(qū)別通常體現(xiàn)在高低電平的時間長短或信號周期 上 , 單片機解碼時, 通常將接收頭輸出腳連接到單片機的外部中斷, 結(jié)合按時器判斷外部中斷間隔的時間從而獲取數(shù)據(jù). 重點是找到數(shù) 據(jù)“ 0”與“1”間的波形分歧. ( 2)集成電路NE55

5、5 555 集成電路是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集 成器件 , 它性能優(yōu)良, 適用范圍很廣 , 外部加接少量的阻容元件可以 很方便地組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器, 以及不需外接元件就可 組成施密特觸發(fā)器. 因此 555 集成塊被廣泛應(yīng)用于脈沖波形的發(fā)生 與變換、丈量與控制等方面. 圖 1-2 555 集成電路引腳排列和實物圖 (1)接地GND地線，通常被連接到電路共同接地. (2)觸發(fā)TRIGGER這個腳位是觸發(fā) NE555使其啟動它的時間周 期 . 觸發(fā)信號上緣電壓須年夜于 2/3Vcc, 下緣須低于 1/3Vcc . (3)輸出OUTPUT那時間周期開始555

6、的輸出輸出腳位，移至比 電源電壓少1.7伏的高電位.周期的結(jié)束輸出回到O伏左右的低電 位 . 于高電位時的最年夜輸出電流年夜約 200mA . (4)重置 RESET一個低邏輯電位送至這個腳位時會重置按時器 和使輸出回到一個低電位, 它通常被接到正電源或忽略不用 . (5)控制CONTROL VOLTAG這個接腳準許由外部電壓改變觸發(fā) 和閘限電壓. 當(dāng)計時器在振蕩的運作方式下 , 這輸入能用來改變或 調(diào)整輸出頻率. (6)重置鎖定 THRESHOL謔置鎖定并使輸出呈低態(tài).當(dāng)這個接 腳的電壓從1/3Vcc 電壓以下移至2/3Vcc 以上時啟動這個舉措. (7)放電DISCHA

7、RGE和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力 當(dāng)輸出為ON時為LOW,t地為低阻抗，當(dāng)輸出為OFF時為HIGH,對 地為高阻抗. (8)電源 Vcc:?+16. 555 集成電路構(gòu)成的多諧振蕩器, 電路的前半部份由 555 組成的 多揩振蕩器, 具體電路圖如圖所示, 為方便分析電路工作過程, 圖展 示 555 集成塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 . 圖 1-3 555 多諧振蕩電路圖 1-4 多諧振蕩波形圖 用 555 按時器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖 6-9-3 所示 , 圖 6-9-4 為 工作波形圖 . 圖 6-9-3 首先將按時器2、 6 腳相接而構(gòu)成施密特形 式 , 再通過7 腳接入R1、

8、R2、 C1 充放電回路. 充電回路為 R1、 R2、C,放電回路為 C1、R2、放電管 TD (集成塊內(nèi)部，充放電電壓 uc的閥值電平為2/3VCC和1/3VCC,在按時器的輸出端 3腳獲得矩 形波振蕩周期為：T^ 0.7(R1+2R2)C. ( 3)集成運算放年夜器LM324 LM324 系列器件帶有差動輸入的四運算放年夜器. 與單電源應(yīng) 用場所的標準運算放年夜器相比 , 它們有一些顯著優(yōu)點 . 該四放年 夜器可以工作在低到 3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為 MC1741的靜態(tài)電流的五分之一.共模輸入范圍包括負電源，因而消 除在許多應(yīng)用場所中采納外部偏置元件的需要性.每

9、一組運算放年 夜器可用圖1所示的符號來暗示，它有5個引出腳，其中“+”、 “-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V -”為正、負電源端，“Vo” 為輸出端.兩個信號輸入端中，Vi-(-)為反相輸入端，暗示運放輸 出端Vo的信號與該輸入真?zhèn)€相位相反；Vi+ (+)為同相輸入端， 暗示運放輸出端Vo的信號與該輸入真?zhèn)€相位相同. LM324具有以下特點：短路呵護輸出；真差動輸入級；可單 電源工作：3V-32V;低偏置電流：最年夜 100mA每封裝含四個 運算放年夜器；具有內(nèi)部賠償?shù)墓δ?；共模范圍擴展到負電源. 圖1-5 LM324內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 3 .元器件清單 元件序列 參數(shù) 元件序

10、列 參數(shù) 元件序列 參數(shù) C1 1uF R4 1kQ R14 200 Q C2 1uF R5 1kQ R15 30k Q C3 10uF R6 1kQ R16 30kQ C4 R7 1kQ R18 1kQ C5 100uF R8 kQ R19 10k Q C6 uF R9 200 Q D5 發(fā)光二極管 C7 20pF R10 1k5 D6 發(fā)光二極管 D1 1N4148 R12 200 Q D7 發(fā)光二極管 D2 1N4148 R13 200 Q U1 LM324N R1 1

11、kQ RP1 50k Q U2 NE555 R2 10kQ RP2 20k Q D3 紅外發(fā)射管 R3 10k Q D4 紅外接收管 4 .電路裝置要求 1)電路裝置、元件焊接前，先認真分析原理圖和元器件，找到 相關(guān)元器件在電路板上一一對應(yīng)的位置. 2 ）元件裝置、焊接請遵照從小到年夜, 從低到高的原則來進行. 3 ）電阻插裝焊接, 電阻元件較多 , 要區(qū)別分歧阻值的電阻, 不要 相互混淆 , 色環(huán)朝向堅持一致, 緊貼電路板插裝焊接. 4）有極性元件如電解電容, 焊接前請先判斷極性, 確認無誤后再焊 接. 5）紅外發(fā)射管、紅外接收管在焊

12、接前請先判斷自身極性, 確認無誤 后再焊接 . 6 ）雙列直插式集成塊, 先焊接底座, 再裝置集成塊. 5. 電路調(diào)試 （ 1） . 電路裝置完成后 , 可用萬用表檢測電路是否連通, 有無 虛焊 , 檢查電路裝置無誤后 , 接通 9V 電源 , 觀察電路有無異樣（ 如元 件發(fā)熱等 ）. 如果正常 , 使用調(diào)試工具調(diào)整電路相關(guān)元件. （ 2） .Rp1 調(diào)節(jié)反射距離,Rp2 調(diào)節(jié)靈敏度, 建議通過調(diào)節(jié)實現(xiàn) 30cm 時一盞燈亮 ,20cm 時二盞燈亮 ,10cm 時三盞燈亮 . 傳感器上方 用白紙遮擋 , 對紅外波的反射效果最好. （ 3） ） . 最終的效果是當(dāng)傳感器上方遮

13、擋物分歧距離時, 顯示的 LED 數(shù)量分歧 , 距離越近時, 發(fā)光二極管亮的越多 , 無遮擋物時則不 亮 , 即模擬一簡易倒車雷達電路. 五 . 實驗現(xiàn)象 : 1.一盞燈亮（30cm左右）2.兩盞燈亮（20cm左右） 3.三盞燈亮（10cm左右） 2.仿真結(jié)果及其分析 一盞燈亮兩盞燈亮 三盞燈亮 仿真結(jié)果分析：當(dāng)調(diào)節(jié)信號發(fā)生器時，仿真結(jié)果為一盞led燈亮、 兩盞led燈亮、三盞led燈亮.直流電壓通過多諧振蕩器電路、紅 外線發(fā)射與接收電路、信號放年夜與電壓比力電路和發(fā)光管顯示 電路，然后通過改變電位器的阻值來到達調(diào)節(jié)反射距離和靈敏度 使電路到達可以在一定范圍內(nèi)丈量倒車距離范圍，通過仿真結(jié)果可 以看出設(shè)計的電路基本上是勝利的 ，可是仍有誤差存在，需要進一 步的改進. 七.總結(jié) 經(jīng)過這次的課程設(shè)計我收獲了很多，也學(xué)習(xí)到了很多有關(guān)專業(yè) 方面的知識.學(xué)會了識別元器件和基本的焊接元器件，通過調(diào)試到 達了本課程設(shè)計的要求效果.最后我用 Multisim軟件對電路圖進 行了仿真，經(jīng)過對電路的仿真我掌握了仿真的具體方法.雖然在這 次實驗調(diào)試的過程中也遇到了一些困難，可是通過查閱相關(guān)的資料 而且跟同學(xué)和老師的討論中，基本上解決了所遇到的問題. 時間：二o二一年七月二十九日