红外线倒车雷达.pdf

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1、红外线倒车雷达红外线倒车雷达 一一. .设计目标设计目标 1 1了解红外线倒车雷达的工作原理。了解红外线倒车雷达的工作原理。 2 2学会识读红外线倒车雷达电路原理图、安装图。学会识读红外线倒车雷达电路原理图、安装图。 3 3掌握红外线倒车雷达电路安装及焊接。掌握红外线倒车雷达电路安装及焊接。 4 4掌握红外线倒车雷达测量和调试技能。掌握红外线倒车雷达测量和调试技能。 5.5.学会用学会用 MultisimMultisim 软件仿真电路。软件仿真电路。 二二. .项目介绍项目介绍 本红外线倒车雷达测距具有电路结构简单、本红外线倒车雷达测距具有电路结构简单、 成本成本 低、低、 电路工作稳定的特点

2、，电路工作稳定的特点， 广泛应用于各种测距场合。广泛应用于各种测距场合。 红外线倒车雷达电路由多谐振荡器电路、红外线倒车雷达电路由多谐振荡器电路、 红外线发射红外线发射 与接收电路、与接收电路、 信号放大与电压比较电路和发光管显示信号放大与电压比较电路和发光管显示 电路组成。电路组成。 电路使用红外发射管和红外接收管作为传电路使用红外发射管和红外接收管作为传 感器件，电路的核心元件包括感器件，电路的核心元件包括 NE555NE555 和运放和运放 LM324LM324。 NE555NE555 构成多谐振振荡电路发射红外波信号，构成多谐振振荡电路发射红外波信号，LM324LM324 主要用来放大

3、红外接收信号和构成电压比较器电路，主要用来放大红外接收信号和构成电压比较器电路， 发光二极管用来指示倒车距离范围。发光二极管用来指示倒车距离范围。 三三. .电路原理简要分析电路原理简要分析 NE555 NE555 及外围元件组成多谐振荡器电路，及外围元件组成多谐振荡器电路，产生驱产生驱 动红外线发射管工作的震荡电压，动红外线发射管工作的震荡电压， 驱动发射管发射出驱动发射管发射出 红外线信号。红外线信号。 红外线被物体反射回来后，红外线被物体反射回来后，由红外线接由红外线接 收管接收并送人收管接收并送人 LM324LM324 的第的第 2 2 脚进行放大，脚进行放大， 放大后的放大后的 信号

4、经信号经 U2U2 的第一脚输出，经的第一脚输出，经C3C3 耦合、耦合、D1D1 和和 C2C2 整流整流 滤波后送至滤波后送至 U2U2 的三个比较器的反相输入端，分别与的三个比较器的反相输入端，分别与 三个比较器的同相输入端的电压进行比较，三个比较器的同相输入端的电压进行比较， 当反相输当反相输 入端的电压高于同相输入端的电压时，入端的电压高于同相输入端的电压时， 该比较器输出该比较器输出 低电平，低电平， 使与其连接的发光二极管点亮。使与其连接的发光二极管点亮。由发光二极由发光二极 管点亮的个数来指示距离的远近。管点亮的个数来指示距离的远近。 四项目实施四项目实施 1.1.红外线倒车雷

5、达电路原理图红外线倒车雷达电路原理图 图图 1-11-1电路原理图电路原理图 2 2电路核心元件介绍电路核心元件介绍 （1 1）红外发射和接收管）红外发射和接收管 红外发射管也称红外线发射二极管，红外发射管也称红外线发射二极管， 属于二极管属于二极管 类。类。 它是可以将电能直接转换成近红外光它是可以将电能直接转换成近红外光 （不可见光）（不可见光） 并能辐射出去的发光器件，并能辐射出去的发光器件， 主要应用于各种光电开关主要应用于各种光电开关 及遥控发射电路中。及遥控发射电路中。红外线发射管的结构、红外线发射管的结构、原理与普原理与普 通发光二极管相近，通发光二极管相近，只是使用的半导体材料

6、不同。只是使用的半导体材料不同。红红 外发光二极管通常使用砷化镓（外发光二极管通常使用砷化镓（ GaAsGaAs） 、砷铝化镓、砷铝化镓 （GaAlAsGaAlAs）等材料，等材料，采用全透明或浅蓝色、采用全透明或浅蓝色、黑色的树黑色的树 脂封装。脂封装。 红外接收管就是将光信号红外接收管就是将光信号（不可见光）（不可见光）转换成电转换成电 信号一般是接收、信号一般是接收、放大、放大、解调一体头，解调一体头，红外信号经接红外信号经接 收管解调后，数据收管解调后，数据和和的区别通常体现在高低的区别通常体现在高低 电平的时间长短或信号周期上，电平的时间长短或信号周期上，单片机解码时，单片机解码时，

7、通常通常 将接收头输出脚连接到单片机的外部中断，将接收头输出脚连接到单片机的外部中断， 结合定时结合定时 器判断外部中断间隔的时间从而获取数据。器判断外部中断间隔的时间从而获取数据。 重点是找重点是找 到数据到数据与与间的波形差别。间的波形差别。 （2 2）集成电路）集成电路 NE555NE555 555555 集成电路是一种模拟电路和数字电路相结集成电路是一种模拟电路和数字电路相结 合的中规模集成器件，它性能优良，适用范围很广，合的中规模集成器件，它性能优良，适用范围很广， 外部加接少量的阻容元件可以很方便地组成单稳态外部加接少量的阻容元件可以很方便地组成单稳态 触发器和多谐振荡器，触发器和

8、多谐振荡器， 以及不需外接元件就可组成施以及不需外接元件就可组成施 密特触发器。密特触发器。 因此因此 555555 集成块被广泛应用于脉冲波形集成块被广泛应用于脉冲波形 的产生与变换、测量与控制等方面。的产生与变换、测量与控制等方面。 图图 1-2 5551-2 555 集成电路引脚排列和实物图集成电路引脚排列和实物图 （1 1）接地）接地 GNDGND：地线，通常被连接到电路共同接：地线，通常被连接到电路共同接 地。地。 （2 2）触发）触发 TRIGGERTRIGGER：这个脚位是触发：这个脚位是触发 NE555NE555 使其使其 启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于启动它的时间周

9、期。触发信号上缘电压须大于2/32/3 VccVcc，下缘须低于，下缘须低于 1/3 Vcc1/3 Vcc。 （3 3）输出）输出OUTPUTOUTPUT：当时间周期开始：当时间周期开始 555555 的输出输的输出输 出脚位，出脚位，移至比电源电压少移至比电源电压少 1.71.7 伏的高电位。伏的高电位。周期的周期的 结束输出回到结束输出回到 O O 伏左右的低电位。伏左右的低电位。 于高电位时的最大于高电位时的最大 输出电流大约输出电流大约 200mA200mA。 （4 4）重置）重置 RESETRESET：一个低逻辑电位送至这个脚位：一个低逻辑电位送至这个脚位 时会重置定时器和使输出回到

10、一个低电位，时会重置定时器和使输出回到一个低电位， 它通常被它通常被 接到正电源或忽略不用。接到正电源或忽略不用。 （5 5）控制）控制 CONTROL VOLTAGECONTROL VOLTAGE：这个接脚准许由外：这个接脚准许由外 部电压改变触发和闸限电压。部电压改变触发和闸限电压。 当计时器在振荡的运作当计时器在振荡的运作 方式下方式下, ,这输入能用来改变或调整输出频率。这输入能用来改变或调整输出频率。 （6 6）重置锁定）重置锁定 THRESHOLDTHRESHOLD：重置锁定并使输出呈：重置锁定并使输出呈 低态。当这个接脚的电压从低态。当这个接脚的电压从1/3Vcc1/3Vcc 电

11、压以下移至电压以下移至 2/3Vcc2/3Vcc 以上时启动这个动作。以上时启动这个动作。 （7 7）放电）放电 DISCHARGEDISCHARGE：和主要的输出接脚有相同：和主要的输出接脚有相同 的电流输出能力，当输出为的电流输出能力，当输出为 ONON 时为时为 LOWLOW，对地为低，对地为低 阻抗，当输出为阻抗，当输出为 OFFOFF 时为时为 HIGHHIGH，对地为高阻抗。，对地为高阻抗。 （8 8）电源）电源 Vcc:Vcc:这是这是 555555 个计时器个计时器 ICIC 的正电源电的正电源电 压端。供应电压的范围是压端。供应电压的范围是+4.5+4.5+16+16。 55

12、5555 集成电路构成的多谐振荡器集成电路构成的多谐振荡器 ，电路的前半部分，电路的前半部分 由由 555555 组成的多揩振荡器，组成的多揩振荡器，具体电路图如图所示，具体电路图如图所示，为为 方便分析电路工作过程，方便分析电路工作过程， 图展示图展示 555555 集成块内部结构集成块内部结构 图。图。 图图 1-31-3 555555 多谐振荡电路多谐振荡电路图图 1-41-4多谐振多谐振 荡波形图荡波形图 用用 555555 定时器构成的多谐振荡器如图定时器构成的多谐振荡器如图 6-9-36-9-3 所所 示，示， 图图 6-9-46-9-4 为工作波形图。为工作波形图。 图图 6-9

13、-36-9-3 首先将定时器首先将定时器 2 2、 6 6 脚相接而构成施密特形式，脚相接而构成施密特形式，再通过再通过 7 7 脚接入脚接入 R1R1、 R2R2、C1C1 充放电回路。充电回路为充放电回路。充电回路为 R1R1、R2R2、C,C,放电回放电回 路为路为 C1C1、R2R2、放电管、放电管 TDTD（集成块内部，充放电电压（集成块内部，充放电电压 ucuc 的阀值电平为的阀值电平为 2/3VCC2/3VCC 和和 1/3VCC,1/3VCC,在定时器的输出在定时器的输出 端端 3 3 脚得到矩形波振荡周期为：脚得到矩形波振荡周期为：T T0.7(R1+2R2)C0.7(R1+

14、2R2)C。 （3 3）集成运算放大器）集成运算放大器 LM324LM324 LM324LM324 系列器件带有差动输入的四运算放大器。系列器件带有差动输入的四运算放大器。 与单电源应用场合的标准运算放大器相比，与单电源应用场合的标准运算放大器相比， 它们有一它们有一 些显著优点。些显著优点。 该四放大器可以工作在低到该四放大器可以工作在低到 3.03.0 伏或者伏或者 高到高到 3232 伏的电源下，伏的电源下， 静态电流为静态电流为 MC1741MC1741 的静态电流的静态电流 的五分之一。的五分之一。 共模输入范围包括负电源，共模输入范围包括负电源，因而消除了因而消除了 在许多应用场合

15、中采用外部偏置元件的必要性。在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。 每一每一 组运算放大器可用图组运算放大器可用图 1 1 所示的符号来表示，它有所示的符号来表示，它有 5 5 个引出脚，其中“+”、“个引出脚，其中“+”、“ - -”为两个信号输入端，”为两个信号输入端， “V+”、“V“V+”、“V- -”为正、负电源端，“Vo”为输出端。”为正、负电源端，“Vo”为输出端。 两个信号输入端中，两个信号输入端中，Vi-Vi-（- -）为反相输入端，表示运）为反相输入端，表示运 放输出端放输出端 VoVo 的信号与该输入端的相位相反；的信号与该输入端的相位相反；Vi+Vi+ （+ +）

16、为同相输入端，表示运放输出端为同相输入端，表示运放输出端 VoVo 的信号与该输入的信号与该输入 端的相位相同。端的相位相同。 LM324LM324 具有以下特点：短路保护输出；真差动输具有以下特点：短路保护输出；真差动输 入级；可单电源工作：入级；可单电源工作： 3V-32V3V-32V；低偏置电流：最大；低偏置电流：最大 100mA100mA；每封装含四个运算放大器；具有内部补偿的；每封装含四个运算放大器；具有内部补偿的 功能；共模范围扩展到负电源。功能；共模范围扩展到负电源。 图图 1-5 LM3241-5 LM324 内部结构图内部结构图 3 3元器件清单元器件清单 元件序列元件序列参

17、数参数元件序列元件序列参数参数元件序列元件序列参数参数 C1C1 C2C2 C3C3 C4C4 C5C5 C6C6 C7C7 D1D1 D2D2 1uF1uF 1uF1uF 10uF10uF 0.1uF0.1uF 100uF100uF 0.01u0.01u F F 20pF20pF 1N4141N414 8 8 1N4141N414 8 8 R4R4 R5R5 R6R6 R7R7 R8R8 R9R9 R10R10 R12R12 R13R13 1k1kR14R14 1k1kR15R15 1k1kR16R16 1k1kR18R18 2.2k2.2k 200200 1k51k5 200200 200

18、200 R19R19 D5D5 D6D6 D7D7 U1U1 200200 30k30k 3030kk 1k1k 10k10k 发光二发光二 极管极管 发光二发光二 极管极管 发光二发光二 极管极管 LM324LM324 N N R1R1 R2R2 R3R3 1k1k 1010kk 10k10k RP1RP1 RP2RP2 50k50k 20k20k U2U2 D3D3 D4D4 NE555NE555 红外发红外发 射管射管 红外接红外接 收管收管 4 4电路安装要求电路安装要求 1 1）电路安装、）电路安装、 元件焊接前，元件焊接前，先认真分析原理图和先认真分析原理图和 元器件，找到相关元器

19、件在电路板上一一对应的位元器件，找到相关元器件在电路板上一一对应的位 置。置。 2 2）元件安装、焊接请遵照从小到大，从低到高的）元件安装、焊接请遵照从小到大，从低到高的 原则来进行。原则来进行。 3 3）电阻插装焊接，电阻元件较多，要区别不同阻）电阻插装焊接，电阻元件较多，要区别不同阻 值的电阻，值的电阻，不要相互混淆，不要相互混淆，色环朝向保持一致，色环朝向保持一致，紧贴紧贴 电路板插装焊接。电路板插装焊接。 4 4）有极性元件如电解电容，焊接前请先判断极性，）有极性元件如电解电容，焊接前请先判断极性， 确确 认无误后再焊接。认无误后再焊接。 5 5）红外发射管、红外发射管、红外接收管在焊

20、接前请先判断自身极红外接收管在焊接前请先判断自身极 性，确认无误后再焊接。性，确认无误后再焊接。 6 6）双列直插式集成块，先焊接底座，再安装集成块。）双列直插式集成块，先焊接底座，再安装集成块。 5.5.电路调试电路调试 （1 1）. .电路安装完成后电路安装完成后, ,可用万用表检测电路是可用万用表检测电路是 否连通，有无虚焊，检查电路安装无误后否连通，有无虚焊，检查电路安装无误后 , ,接通接通 9V9V 电源电源, ,观察电路有无异样观察电路有无异样( (如元件发热等如元件发热等) )。 如果正常如果正常, , 使用调试工具调整电路相关元件。使用调试工具调整电路相关元件。 （2 2）.

21、Rp1.Rp1 调节反射距离，调节反射距离，Rp2Rp2 调节灵敏度，建调节灵敏度，建 议通过调节实现议通过调节实现 30cm30cm 时一盏灯亮，时一盏灯亮， 20cm20cm时二盏灯亮，时二盏灯亮， 10cm10cm 时三盏灯亮。传感器上方用白纸遮挡，对红外时三盏灯亮。传感器上方用白纸遮挡，对红外 波的反射效果最好。波的反射效果最好。 （3 3） . .最终的效果是当传感器上方遮挡物不同距最终的效果是当传感器上方遮挡物不同距 离时，离时，显示的显示的 LEDLED 数量不同，数量不同，距离越近时，距离越近时，发光二极发光二极 管亮的越多，管亮的越多， 无遮挡物时则不亮，无遮挡物时则不亮，即

22、模拟一简易倒车即模拟一简易倒车 雷达电路。雷达电路。 6.6.红外线倒车雷达实物图红外线倒车雷达实物图 五五. .实验现象实验现象: : 1. 1.一一盏盏灯灯亮亮（ 两盏灯亮（两盏灯亮（左右）左右） 左左右右） 三盏灯亮（三盏灯亮（左右）左右） 六六. .仿真及其结果仿真及其结果 1. 1.仿真电路图仿真电路图 2.2.仿真结果及其分析仿真结果及其分析 一一盏盏灯灯亮亮 两盏灯亮两盏灯亮 三盏灯亮三盏灯亮 仿真结果分析：仿真结果分析：当调节信号发生器时，当调节信号发生器时，仿真结果为一仿真结果为一 盏盏 ledled 灯亮、灯亮、两盏两盏 ledled 灯亮、灯亮、三盏三盏 ledled 灯

23、亮。灯亮。直流电直流电 压通过多谐振荡器电路、压通过多谐振荡器电路、红外线发射与接收电路、红外线发射与接收电路、信信 号放大与电压比较电路和发光管显示电路，号放大与电压比较电路和发光管显示电路， 然后通过然后通过 改变电位器的阻值来达到调节反射距离和灵敏度，改变电位器的阻值来达到调节反射距离和灵敏度， 使使 电路达到可以在一定范围内测量倒车距离范围，电路达到可以在一定范围内测量倒车距离范围， 通过通过 仿真结果可以看出设计的电路基本上是成功的，仿真结果可以看出设计的电路基本上是成功的， 但是但是 仍有误差存在，需要进一步的改进。仍有误差存在，需要进一步的改进。 七七. .总结总结 经过这次的课

24、程设计我收获了很多，经过这次的课程设计我收获了很多， 也学习到了也学习到了 很多有关专业方面的知识。很多有关专业方面的知识。 学会了辨认元器件和基本学会了辨认元器件和基本 的焊接元器件，的焊接元器件， 通过调试达到了本课程设计的要求效通过调试达到了本课程设计的要求效 果。最后我用果。最后我用 MultisimMultisim 软件对电路图进行了仿真，软件对电路图进行了仿真， 经过对电路的仿真我掌握了仿真的具体方法。经过对电路的仿真我掌握了仿真的具体方法。 虽然在虽然在 这次实验调试的过程中也遇到了一些困难，这次实验调试的过程中也遇到了一些困难， 但是通过但是通过 查阅相关的资料，查阅相关的资料，并且跟同学和老师的讨论中，并且跟同学和老师的讨论中，基本基本 上解决了所遇到的问题。上解决了所遇到的问题。