程磊-汽车倒车防撞告警电路设计

东北石油大学课程设计2016年2月26日课程光电检测技术题目汽车倒车防撞告警电路设计院系电子科学学院专业班级应用物理12--1学生姓名程磊学生学号120901340106指导教师东北石油大学课程设计任务书课程光电检测技术题目汽车倒车防撞告警电路设计专业应用物理姓名程磊学号120901340106主要内容：应用语音专用集成电路，红外集成传感器，设计汽车倒车防撞告警电路，使其当接近障碍物时发出“请注意”的声音。基本要求：1）设计汽车倒车防撞告警电路功能框图。2）设计红外探测电路、语音发生电路、间频功率放大电路、电源变换电路。3）当客人离门1米左右时发出“请注意”的声音。4）调试安装。5）完成课程设计总结报告。主要参考资料等：1）陈有卿编著.新颖集成电路制作精选[M].人民邮电出版社,2005.4.2)陈振官，陈宏威等编著.光电子电路制作实例[M].2006.4.3)黄继昌等编著.检测专用集成电路及应用[M].2006.10.完成期限2016.2.22~2016.2.26指导教师专业负责人2016年2月19日第1章概述1.1选题背景随着社会经济的发展交通运输业日益兴旺，汽车的数量也在大幅攀升。交通拥挤状况也日趋严重，撞车事件屡屡发生，造成了不可避免的人身伤亡和经济损失，针对这种情况，设计一种响应快，可靠性高且较为经济的汽车防撞预警系统势在必行。汽车倒车防撞测距报警器一般有四种：1嘀嘀声加闪光，2音乐声加闪光，3语音声加闪光，4倒车到危险距离时发出警报声的超声波倒车报警器，由于很多研究都采用的是特殊难购的专用元件，使其难以推广，本设计采用国内生产的通用元件，成本较低廉，本设计使其在整个倒车过程中自动测量车尾到最近障碍物的距离，在倒车到极限距离时会发出急促的警告声，提醒驾驶员注意刹车，如果和制动系统联系在一起也可以形成自动刹车。1.2发展前景科学技术为第一生产力.科学技术的日新月异，使得安防产品的发展出现了前所未有的变化。汽车倒车防撞测距报警器是国家八.五期间重点开发的重大科研项目之一。本设计可望成为驾驶员特别是货车以及公共汽车驾驶员的好帮手，可有效的减少和避免那些视野不良的大型汽车的如冷藏车、集装箱车、垃圾车、食品车、载货车、公共汽车等倒车交通事故，另外还特别适用于夜间辅助倒车、倒车入库以及进入停车场停车到位，甚至还能防止盗贼扒车，本设计成本低廉，性能优良，市场前景极为广阔，对提高我国汽车工业实际水平，具有较大的时间意义。所以说汽车倒车防撞测距报警系统会有很大的发展空间，它的使用价值也会得到发挥。第2章汽车倒车防撞告警设计原理2.1工作电路框图设计根据设计任务要求作出如图2.1的电路框图：图2.1汽车倒车防撞告警电路框图本设计由发射部分、接收部分、及报警部分组成（见图2.1）。a.发射部分由低频调制器、双稳回路、40kHz振荡器、功率发送器及发射探头等组成。40kHz振荡器受双稳态贿赂控制断续送出经低频调制器的信号，经功率放大器放大，由红外探头向车后发射。b.接收部分由接收探头、放大电路、整形回路、双稳回路组成。接收探头接收到反射信号由放大器放大后，再送入施密特触发器进行整形，然后输入报警部分。c.报警部分由近距检测、平滑电路、触发器及声光报警器电路组成。因探测到的反射波信号是一组脉冲信号，将其平滑后送入触发器，一旦超过触发阀值报警电路就接通，发出声光报警。扩展部分（虚线部分）当电源电压偏低时，同样使报警电路导通发出声光报发射振荡接收放大低调滤波双稳平滑计数器时钟振荡译码显示触发稳压生光报警障碍物电压监视平滑语音报警电源警。另外在接通电源的同时接通语言报警电路，不断放出：倒车，请注意“的语言报警声。数字显示部分（虚线部分）由时钟振荡器、计数器、译码器及显示器组成。时钟振荡器一接通电源即开始振荡，但只有计数器的闸门打开时，它才能进入计数器被计数，一旦接收到反射波信号，即关闭闸门，数据被锁存，经译码后通过显示器显示出来。2.2元器件的选择表1元件清单型号名称数量备注MA40EIS红外线发射器1MA40EIR红外线接收器1CX20106红外线接收模块1单列，八脚CD40106六施密特触发器1CD4013双D触发器1NE555定时器2LED发光二极管1CA3410运算放大器1扬声器12N4181二极管2电阻4.7Ω，240Ω，620Ω，300Ω，100Ω，47KΩ，22KΩ，10KΩ（3），180KΩ，200KΩ，30KΩ，8.2KΩ电位器22KΩ，10KΩ电容0.1μF（3），1000pF，0.01μF（4），330pF，250pF，电解电容1μF（1）,47μF,100μF,2.3μF2.3汽车倒车防撞告警设计原理综述红外线反射式倒车防撞报警器电路由红外信号发射器，红外信号接收及处理电路和声光警示电路组成。锁相环音频译码器与红外发射管构成红外信号发射电路，在其同一个电路内再由光敏三极管组成红外发射信号接收器，车辆倒车时，锁相环音频译码器输出一定频率的脉冲信号，经过放大后驱动红外发射管发出红外信号，经过相应的元器件和电路后，发光二极管（LED）闪烁发光，使得蜂鸣声随着LED同步间断发声。当车辆的尾部距离障碍物过近时，红外发射管发出的红外信号转换成电信号，经过锁相环音频译码器，发光二极闪烁发光变为常亮，蜂鸣声也由间断发声变为常鸣，提醒司机立即停止倒车。第3章激光监控报警器电路设计3.1红外发射电路设计此部分采用LM386进行发射信号的放大，LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器,主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少,电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容,便可将电压增益调为任意值,直至200。输入端以地位参考,同时输出端被自动偏置到电源电压的一半,在6V电源电压下,它的静态功耗仅为24mW,使得LM386特别适用于电池供电等低电压工作的场合。此设计中E2为10UF电解电容，R2为10K的电位器，E1为250UF电解电容，C2为503电容，R3为10欧姆电阻，C3为104旁路电容。这样可以使发射功率增益放至最大的200倍，有效的增加的发射距离，为之后的接受距离奠定了良好的基础。图3.1红外发射电路图3.2红外接收电路设计图3.2红外接收电路图此部分主要又CX20106A红外接收芯片及相应外围电路组成；这是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。实验证明其具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力。适当改变C4的大小，可改变接受电路的灵敏度和抗干扰能力。配合LM386的发射信号增益此系统的有效精确测量距离可以达到3米。当收到红外信号时产生一个下降沿，接到单片机的外部中断INT0上。当红外接收头接收到38kHz方波信号时，将会将此信号通过CX20106A驱动放大送入单片机的外部中断0口。单片机在得到外部中断0的中断请求后，会转入外部中断0的中断服务程序进行处理，倒车雷达工作中，可以在中断服务程序设定需要单片机处理的最短距离，比如0.5m。对于距离大于0.5m的障碍物，可以不做处理直接跳出中断服务程序；对于距离小于0.5m的障碍物，进行中断报警程序。3.3筛选电路图3.3筛选电路图3.4整形电路图3.4整形电路图从信号筛选电路出来的方波信号很不规则，故在其后级电路加入一级信号整形电路，处理过后再送进单片机中进行处理运算。3.5语音录音电路图3.5红外发射电路图录音电路采用ISD1420芯片为核心。当REC为低电平时，电路处于录音状态。本次设计采用分段法，需录入的单字有数字“0~9”以及“百”、“十”、“米”，需要0.5秒一个，词段有距离“前方障碍物”，需要2秒。3.6语音录音电路图3.6红外发射电路图图中A0,A1固定接地，因为放音的时候REC为高电平，所以录音起始地址为80H。利用查表法能播放特定的音节（例“请注意”）。第4章安装与调试实验焊接完毕后就应该根据设计线路图进行调试，以便检测其实际的性能。调试过程是利用符合指标要求的各种电子测量仪器，对安装好的电路或电子装置进行调整和测量，以保证电路或装置正常工作。因此调试必须按一定的方法和步骤进行。不通电检查电路安装。认真检查接线是否正确，如多线，少线或错线，尤其是电源线不能接错或接反。查线方法：按照设计电路接线图检查安装电路，在安装好的电路中按电路图一一对照检查连线，在检查中要对已经检查过的连线做标记，使用万用表对检查连线很有帮助。直观检查电源，地线，信号线，元器件接线端之间有无短路，联线处有无接触不良，有极性元器件引线短有无接错，反接等，集成块是否插对。通电观察。把经过准确测量的电源电压加入电路，但暂不接入信号源信号。电源接通后，首先观察有无异常现象，包括有无冒烟，异常气味。触摸元件是否发烫，电源是否短路等。如果出现异常，应立即切断电源，排除故障后，才可重新通电。调试过程中，不但要认真观察和测量，还要认真记录。包括记录观察的现象，测量的数据，波形及相位关系。必要时在记录中应附加说明，尤其是那些和设计不符的现象更是记录的重点。依据记录的数据才能把实际观察到的现象和理论预见的结果加以定量比较，从中发现问题，加以改进，最终完善设计方案。通过收集第一手资料，可以帮助自己积累实际经验，切不可低估记录的重要作用。第5章结论在分析了汽车倒车防撞系统的基本设计原理以及目前国内外此类防撞系统存在的问题后，详细的介绍了红外测距系统以及根据该系统设计的原理、方法和步骤，研制的汽车倒车防撞报警器。本文设计的汽车倒车防撞报警器吸取了国内外各种报警器结构简单、性能优良、造价低廉等部分特点，并结合汽车电子工业发展方向而设计的，它具有以下功能：a.倒车时能自动测出车尾与最近障碍物间的距离。b.倒车至极限安全距离2米时，发出“请注意”报警声提醒驾驶员注意刹车。c.在倒车过程中，实现实时报警。但由于实验时间短暂和某些芯片的原因，实验结果不是很理想，报警距离有所增加，在2米左右的时候就开始报警，而且距离越进则声音越急促，响声不连续，实时报警未能实现。方案的补充、扩展a.如果将报警器加以改进发展，使其可以在倒车时能重复发出“倒车，请注意”的语言警告声提醒行人注意。b.在声光报警之后再加上一个报警电路，随时监测蓄电池电压，当电压低于11.2V时，发出声光警告声提醒驾驶员注意充电，以保证仪器及汽车能正常工作。c.加入数据采集系统，可以实现倒车过程中，驾驶员不回头便可看到车后情况。通过这次的课程设计使我深刻体会到对光电知识的学习不可以仅仅停留在书面的知识还要对所学知识进行系统的贯穿和实践，让我认识到动手能力对课程研究的重要性。参考文献[1]陈有卿编著，新颖集成电路制作精选[M]，人民出版社，2005.4[2]陈振官，陈宏威等编著，光电子电路制作实例[M]，2006.4[3]黄继昌等编著，检测专用集成电路及应用[M]，2006.10[4]陈永甫，红外探测与控制电路，人民邮电出版社，2004.6[5][美]A．R．.杰哈著张孝霖等译，红外技术应用，化学工业出版社，2004.10[6]邱榕，汽车测距预警及险警系统结构与设计研究[J]，2007.10[7]邓明哲，高速公路追尾碰撞预防报警系统的研究[D]，武汉理工大学,2006.东北石油大学课程设计成绩评价表课程名称光电检测技术题目名称汽车倒车防撞告警电路设计学生姓名程磊学号120901340106指导教师姓名职称序号评价项目指标满分评分1工作量、工作态度和出勤率按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。202课程设计质量课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。453创新工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或有一定应用价值。54答辩能正确回答指导教师所提出的问题。30总分评语：指导教师：年月日