紅外反射式倒車(chē)?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)與制作

1、摘要本文主要介紹一種以一組基于紅外發(fā)射與接收模塊的倒車(chē)?yán)走_(dá)電路。該電路由兩部分構(gòu)成，其中一部分是發(fā)射紅外調(diào)制光的發(fā)射電路，主要是發(fā)射出紅外調(diào)制光，另外一部分是紅外接收、譯碼及發(fā)聲電路。該電路工作時(shí)，發(fā)射裝置發(fā)射的紅外光反射回來(lái)被接收裝置接受，接受后通過(guò)譯碼及發(fā)聲電路，發(fā)出警報(bào)。發(fā)射電路組成了一個(gè)多諧振蕩器，可以自由選定一個(gè)振蕩頻率。接收、譯碼電路這是這個(gè)設(shè)計(jì)的核心，內(nèi)含紅外專(zhuān)用集成電路CX20106，其內(nèi)包含前放、載波選頻、脈沖譯碼等電路，只有調(diào)整好其內(nèi)的帶通濾波器的中心頻率 0與發(fā)射電路的發(fā)射頻率一致，才能正常工作，此時(shí)，若紅外接收管收到反射回的紅外光，則IC2（CX20106）的輸出呈低電

2、位，使IC3觸發(fā)呈置位狀態(tài)（平時(shí)處低電位），為后級(jí)提供工作電壓。IC4為語(yǔ)音集成電路，其內(nèi)存語(yǔ)句為“嘟嘟，請(qǐng)注意”，為高電平觸發(fā)，得電后把音頻信號(hào)送給IC5（集成功率放大器LM386），經(jīng)其放大后驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)出報(bào)警語(yǔ)音。關(guān)鍵詞：紅外光，倒車(chē)，報(bào)警AbstractThis paper mainly introduced one kind device which built by infrared launches and the accepting blocks.The device including two blocks, one block is used to launch modula

3、ted infrared light , the other one is the infrared receive ,decoding and the sound producting.when this device is working, the launching device launch infrared light and the infrated is accepted by the receiving device, after decoding , the sound production electric circuit sends out the warning.The

4、 transmission circuit has composed a multivibrator which can be set frequency freely.The receive and decoding circuit is this design's kernal which including special-purpose integrated circuit CX20106 ,amplifer, the carrier chooser and pulse decoder.Only after adjusting the bandpass filter cente

5、r frequency f0 to be consistent with the transmission circuit transmitting frequency, the device can work .when the infrared receiving tube receives the infrared light which reflects, IC2(CX20106)'s output assumes the low electric potential, causes IC3 to trigger be seted.IC4 is the IC for sound

6、ing,It's memory sentence is "du du, attention please", for high level triggering, after the electricity gived to IC5 (integration power amplifier LM386), the loudspeaker was actuated,then the warning would be sented.Keyword：Infrared ray；Reverse the car; Alert目 錄摘要. IAbstract II 第1章 概述1

7、1.1課題背景及研究現(xiàn)狀 1 1.2 紅外線(xiàn)報(bào)警原理.21.2.1紅外線(xiàn)發(fā)射電路.21.2.2紅外接收、譯碼及發(fā)聲電路.3 本章小結(jié).4第2章 報(bào)警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) .52.1 CX20106的介紹 52.2 555介紹 . 82.2.1 555簡(jiǎn)介 .82.2.2用555定時(shí)器接成的施密特觸發(fā)器 92.2.3 用555定時(shí)器接成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 .112.2.4 用555定時(shí)器接成的多諧振蕩器 132.3 LM386介紹.152.4 紅外光反射測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)的工作原理.182.4.1系統(tǒng)框圖和工作原理 182.4.2 40kHz脈沖的產(chǎn)生與紅外光的發(fā)射 .192.5 反射紅外光的接收及譯碼 19本

8、章小結(jié) 20第3章 系統(tǒng)的調(diào)試和影響因素. 213.1系統(tǒng)調(diào)試213.1.1發(fā)射電路的調(diào)試.213.1.2 接收、譯碼及發(fā)聲電路得調(diào)試.21本章小結(jié) 22總結(jié).23致謝 24參考文獻(xiàn) .25附錄1 26附錄2.29附錄3 33附錄4 34第1章 概述1.1課題背景及研究現(xiàn)狀隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與汽車(chē)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，公路交通呈現(xiàn)出行駛高速化、車(chē)流密集化和駕駛員非職業(yè)化的趨勢(shì)。同時(shí)，隨著汽車(chē)工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車(chē)的產(chǎn)量和保有量都在急劇增加。但公路發(fā)展、交通管理卻相對(duì)落后，導(dǎo)致了交通事故與日劇增，城市里尤其突出。智能交通系ITS(Intelligent Transportation System)是目前世界

9、上交通運(yùn)輸科學(xué)技術(shù)的前沿技術(shù)，它在充分發(fā)揮現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的潛力，提高運(yùn)輸效率，保障交通安全，緩解交通賭塞，改善城市環(huán)境等方面的卓越效能，已得到各國(guó)政府的廣泛關(guān)注。中國(guó)政府也高度重視智能交通系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)與推廣應(yīng)用。汽車(chē)防撞系統(tǒng)作為ITS發(fā)展的一個(gè)基礎(chǔ)，它的成功與否對(duì)整個(gè)系統(tǒng)有著很大的作用。其中本課題涉及的倒車(chē)?yán)走_(dá)防撞為其中的一部分,汽車(chē)倒車(chē)時(shí)司機(jī)不能觀察車(chē)后情況，倒車(chē)撞人、撞物等時(shí)有發(fā)生，一旦出現(xiàn)倒車(chē)碰撞情況就會(huì)造成經(jīng)濟(jì)上的損失。本課題的研究對(duì)交通安全起到了一定的作用。目前，汽車(chē)?yán)走_(dá)技術(shù)已比較成熟，國(guó)內(nèi)外已有相應(yīng)的產(chǎn)品。按工作方式分主要有激光、超聲波、紅外、毫米波等一些測(cè)量方法：（1）激光方式：

10、激光具有高單色性、高方向性和相干性好等特點(diǎn)，因此激光波束近似直線(xiàn)性，很少擴(kuò)散，波束能量集中，傳輸距離遠(yuǎn)。但它在對(duì)氣候的適應(yīng)能力方面具有局限性，因?yàn)榧す鉁y(cè)距方式受惡劣的天氣、汽車(chē)激烈的震動(dòng)，反射鏡表面磨損、污染等因素影響，使探測(cè)距離減少1/31/2，降低了實(shí)用精度，所以在汽車(chē)防撞領(lǐng)域激光測(cè)距方式?jīng)]有得到發(fā)展。（2）紅外線(xiàn)方式：紅外線(xiàn)測(cè)距系統(tǒng)成本低廉，受到天氣的影響，在惡劣天氣下不能達(dá)到理想要求。（3）毫米波方式：它不受被測(cè)物體表面形狀、顏色等的影響，對(duì)大氣紊流、氣渦等也具有適應(yīng)性；而且它具有很好的穿透能力，其測(cè)距精度受雨、雪、霧及陽(yáng)光等天氣因素和雜音、污染等環(huán)境的影響較小。但其價(jià)格昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜

11、。（4）超聲波方式：超聲波是人耳聽(tīng)不到的一種聲波，它是指頻率大于20KHz的彈性波，縱向分辨率較高，對(duì)外界光線(xiàn)電磁場(chǎng)不敏感，可以用于各種惡劣環(huán)境中。它作為一種特殊的聲波，同樣具有聲波傳輸?shù)幕疚锢硖匦苑瓷?、折射、干涉等等，超聲波測(cè)距就是利用其反射特性，工作原理和聲納回聲定位法的原理基本相同。而且與毫米波不同，它對(duì)人等生物的輻射無(wú)害。由于超聲波測(cè)距的探測(cè)距離較短，主要用于倒車(chē)?yán)走_(dá)等近距離測(cè)距。目前，德國(guó)寶馬汽車(chē)公司已經(jīng)使用了超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)。汽車(chē)?yán)走_(dá)按照其探測(cè)方向的不同，主要分為倒車(chē)?yán)走_(dá)和前視雷達(dá)兩種。倒車(chē)?yán)走_(dá)是針對(duì)公路、街道、停車(chē)場(chǎng)、車(chē)庫(kù)的擁擠不堪，車(chē)輛之間、車(chē)輛與人、車(chē)輛與墻壁等障礙物之間的碰

12、撞時(shí)有發(fā)生，而出現(xiàn)的一種著眼于倒車(chē)防護(hù)的汽車(chē)防撞系統(tǒng)。它主要應(yīng)用于汽車(chē)以較低速倒車(chē)過(guò)程中，能夠識(shí)別出車(chē)可能碰撞的障礙物，在車(chē)輛與障礙物發(fā)生碰撞前，對(duì)駕駛員發(fā)出聲音警告，以達(dá)到避免汽車(chē)撞到障礙物的目的。 汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)由于探測(cè)距離較短，一般運(yùn)用超聲波或紅外探測(cè)兩種方式構(gòu)成。本課題是利用紅外線(xiàn)測(cè)距的原理進(jìn)行倒車(chē)?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)制作，具有價(jià)格方面的優(yōu)勢(shì)。紅外反射式倒車(chē)?yán)走_(dá)是汽車(chē)在倒車(chē)的時(shí)候，通過(guò)一組紅外光發(fā)射與接受裝置，在汽車(chē)距離后方車(chē)輛、人或障礙物較近距離時(shí)，通過(guò)譯碼及發(fā)聲電路向司機(jī)發(fā)出聲音警告，以達(dá)到避免汽車(chē)碰撞后方的車(chē)輛、人或障礙物。 表11列出了一些應(yīng)用技術(shù)的各部分參數(shù)指標(biāo) ，其各自都有優(yōu)缺點(diǎn)。應(yīng)用

13、技術(shù)參數(shù)指標(biāo)超聲波紅 外激 光視 頻長(zhǎng)距離探測(cè)能力低一般強(qiáng)強(qiáng)目標(biāo)鑒別能力低一般一般強(qiáng)溫度穩(wěn)定性差一般強(qiáng)強(qiáng)黑暗穿透能力強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)低全天候穿透能力低低低低硬件低成本可行性高高一般低信號(hào)處理低成本可能性高高高低有灰塵或煙霧籠罩時(shí)傳感器的性能一般差差差表11本文介紹的裝置可在倒車(chē)狀態(tài)時(shí)，汽車(chē)靠近后方車(chē)輛、人或障礙物及時(shí)提醒司機(jī)及早采取措施，避免意外撞車(chē)。1.2紅外線(xiàn)報(bào)警原理121紅外線(xiàn)發(fā)射電路紅外線(xiàn)發(fā)射器中的IC1 、R1、R2、RP1以及C1等組成一個(gè)多諧振蕩器，其振蕩頻率為=1.44/(R1+2R2+RP1)C1調(diào)節(jié)RP1，使其諧振在40kHz左右。在IC1輸出的序列脈沖方波為低電平時(shí)，紅外發(fā)光二極管

14、VD1、VD2發(fā)出紅外調(diào)制光。 其電路圖如圖1-1所示。 （圖1-1）紅外發(fā)射電路1.2.2紅外接收、譯碼及發(fā)聲電路紅外接收電路采用紅外專(zhuān)用集成電路CX20106，其內(nèi)包含前放、載波選頻、脈沖譯碼等電路，調(diào)節(jié)RP2，使其內(nèi)的帶通濾波器的中心頻率0與發(fā)射的頻率一致。當(dāng)紅外接收管VD3收到反射回的紅外光時(shí)，IC2的輸出轉(zhuǎn)呈低電位，使IC3觸發(fā)而轉(zhuǎn)呈置位狀態(tài)。IC3(555)和R6、RP3、C6等組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。平時(shí)，由于R5的上拉作用，IC3的腳呈高電位，使IC3處于復(fù)位狀態(tài)，即其腳輸出為低電位，IC4無(wú)電不工作。當(dāng)IC2收到紅外反射信號(hào)后，其腳輸出下跳變脈沖而使IC3置位，為后級(jí)提供了工作電壓

15、。IC3輸出高電平的持續(xù)時(shí)間為td1.1（R6+RP3）C6圖示的最大高電平持續(xù)時(shí)間為1min。調(diào)節(jié)RP3，可改變td 的值。IC3輸出的約8.5V的高電平電壓經(jīng)R7、VDW分壓、穩(wěn)壓后，得到4.5V電壓，作為IC4的工作電壓IC4采用“嘟嘟，請(qǐng)注意”語(yǔ)音集成電路。該芯片為軟結(jié)構(gòu)包裝，其內(nèi)的只讀存儲(chǔ)器上存有上述語(yǔ)句，它的工作電壓為2.42.5V，靜態(tài)電流小于1A，輸出電流（典型值）為1mA。它的腳接VDD，腳接VSS，腳為觸發(fā)端，為高電平觸發(fā)。R8為振蕩電阻，改變其阻值，可調(diào)整語(yǔ)音的音調(diào)。IC4一旦得電即發(fā)出內(nèi)存的語(yǔ)句。IC5為小八腳集成功率放大器LM386，將IC4輸出的音頻信號(hào)放大后，驅(qū)動(dòng)

16、喇叭發(fā)出警報(bào)聲，提醒后面的車(chē)輛不要尾隨過(guò)近，以免發(fā)生撞車(chē)事故，確保行車(chē)安全。（圖1-2）紅外接收、譯碼及發(fā)聲電路本章小結(jié)： 本章主要講述了汽車(chē)防撞雷達(dá)的一些研究背景和現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，各種不同的應(yīng)用技術(shù)的優(yōu)劣 ，提出了基本的設(shè)計(jì)思路，方案的選擇，為開(kāi)始制作做好了前期準(zhǔn)備工作。 第2章 報(bào)警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.1 CX20106的介紹：CX20106/CX20106A是紅外線(xiàn)遙控接收前置放大雙極型集成電路，適用于電視機(jī)等。內(nèi)部電路由前置放大器、自動(dòng)偏置電平控制電路（ABLC）、限幅放大器、帶通濾波器、峰值檢波器和波形整形電路等組成。CX20106A是CX20106的改進(jìn)型，兩者之間的主要差別在

17、于電參數(shù)略有不同，參見(jiàn)表22。引腳排列圖及功能：引腳號(hào)符號(hào)功能1IN遙控信號(hào)輸入端（此腳與地之間接紅外線(xiàn)接收二極管）2C1前置放大器頻率特性和增益設(shè)定（此腳與地之間接RC串聯(lián)電路）3C2接檢波電容4GND接地5fo設(shè)定帶通濾波器的中心頻率（此腳與電源間接電阻）6C3外接積分電容7OUT遙控指令輸出端8VCC外接電源（表21）CX20106/CX20106A引腳符號(hào)及功能（圖21） CX20106/CX20106A引腳排列圖技術(shù)特點(diǎn)：（1） 低電壓供電，其典型值為5V。（2） 功耗低。VCC5V時(shí)，其典型功耗為9m W。（3） 帶通濾波器的中心頻率可通過(guò)改變5腳和電源之間的電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)的

18、范圍為3060kHz。由于未使用電感，可不受磁場(chǎng)的干擾，因此扛干擾能力強(qiáng)。（4） 能與PIN光電二極管直接連接。（5） 集電極開(kāi)路輸出，能直接驅(qū)動(dòng)TTL或CMOS電路。（6） 8腳單列直插式塑料封裝。（7） 配套使用型號(hào)為M50462AP.參數(shù)名稱(chēng)CX20106ACX20106單位最小典型最大最小典型最大輸入電壓（1）2.02.52.8V輸入電壓（2）0.61.01.5V輸出電壓（低電平）0.4V輸出漏電流02.202A電壓增益747984757983dB帶通濾波器特性4959dB輸入阻抗274055222740k檢波能力（1）440540

19、770460540750檢波能力（2）440660770460660750表22 CX20106A與CX20106的主要差別邏輯框圖：圖22 CX20106A 邏輯框圖直流特性測(cè)試表與電路腳號(hào)電壓注12.5V接 地22.531.5451.461.075.08電 源表23 CX20106A直流特性測(cè)試表圖23 CX20106A直流特性測(cè)試電路圖極限參數(shù)：參數(shù)名稱(chēng)符號(hào)參數(shù)值單位電源電壓VCC17V輸入信號(hào)電壓VIN5V允許功耗PD0.6W工作環(huán)境溫度T-25+75存儲(chǔ)溫度Tsto-55+150表24 CX20106A極限參數(shù)符號(hào)及參數(shù)值（Ta25）2.2 555介紹:221 555簡(jiǎn)介555定時(shí)器

20、是一種多用途的數(shù)字模擬混合集成電路，利用它能極方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。由于使用靈活、方便，所以555定時(shí)器在波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中得到了應(yīng)用。正因?yàn)槿绱?，自從Signetics公司于1972年推出這種產(chǎn)品以后，國(guó)際上各主要的電子器件公司也都相繼地生產(chǎn)了各自的555定時(shí)器產(chǎn)品。盡管產(chǎn)品型號(hào)繁多，但所有雙極型產(chǎn)品型號(hào)最后的3位數(shù)碼都是555，所有CMOS產(chǎn)品型號(hào)最后的4位數(shù)碼都是7555。而且，它們的功能和外部引腳的排列完全相同。為了提高集成度，隨后又生產(chǎn)了雙定時(shí)產(chǎn)品556（雙極型）和7556（CMOS型）。圖24 是國(guó)產(chǎn)雙極型定時(shí)器

21、CB555的電路結(jié)構(gòu)圖。它由比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器和集電極開(kāi)路的放電三極管TD三部分組成。（圖24）CB555的電路結(jié)構(gòu)圖222 用555定時(shí)器接成的施密特觸發(fā)器將555定時(shí)器的I1 和I2 兩個(gè)輸入端連在一起作為信號(hào)輸入端，如圖25所示，即可得到施密特觸發(fā)器。（圖25） 用555定時(shí)器接成的施密特觸發(fā)器由于比較器C1和C2的參考電壓不同，因而基本RS觸發(fā)器的置0信號(hào)（C1 0）和置1信號(hào)（C2 0）必然發(fā)生在輸入信號(hào)I 的不同電平。因此，輸出電壓O 由高電平變?yōu)榈碗娖胶陀傻碗娖阶優(yōu)楦唠娖剿鶎?duì)應(yīng)的I 值也不相同，這樣就形成了施密特觸發(fā)特性。為提高比較器參考電壓VR1 和VR2的穩(wěn)定性

22、，通常在VCO端接有0.01 F左右的濾波電容。首先我們來(lái)分析1 從0逐漸升高的過(guò)程：當(dāng)1<1/3VCC時(shí)，C11、C2 0，Q1，故O VOH ;當(dāng)1/3VCC <1<2/3 VCC 時(shí)，C1 C2 1，故O VOH 保持不變；當(dāng)1 >2/3VCC以后，C10、C2 1，Q=0，故O VOL。因此，VT+=2/3VCC。其次，再看1從高于2/3VCC下降的過(guò)程：當(dāng)1/3VCC <1<2/3 VCC 時(shí)，C1 C2 1，故O VOL保持不變；當(dāng)1<1/3VCC以后，C11、C2 0，Q1，故O VOH。因此，VT-=1/3VCC。 由此得到電路的回差電

23、壓為VT =VT+V T - 1/3VCC圖26是圖25電路的電壓傳輸特性，它是一個(gè)典型的反相輸出施密特觸發(fā)特性。（圖26） 圖14電路的電壓傳輸特性如果參考電壓由外界的電壓VCO 供給，則不難看出這時(shí)VT+ VCO ，VT - 1/2 VCO，VT 1/2 VCO。通過(guò)改變VCO值可以調(diào)節(jié)回差電壓的大小。 223 用555定時(shí)器接成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 若以555定時(shí)器的 I2端作為觸發(fā)信號(hào)的輸入端，并將由TD 和R組成的反相器輸出電壓O 接至I1 對(duì)地接入電容C，就構(gòu)成了如圖27所示的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。圖27 用555定時(shí)器接成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器如果沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)時(shí)I處于高電平，那么穩(wěn)態(tài)時(shí)這個(gè)電路一定處于

24、C1 C2 1、Q0的狀態(tài)。假定接通電源后觸發(fā)器停在Q0的狀態(tài)，則TD 導(dǎo)通 C 0。故C1C21，Q0及O0的狀態(tài)將穩(wěn)定地維持不變。 如果接通電源后觸發(fā)器停在Q1的狀態(tài)了，這時(shí)TD一定截止，VCC 便經(jīng)R向C充電。當(dāng)充到C 2/3 VCC時(shí)，C1 變?yōu)?，于是將觸發(fā)器置0。同時(shí)，TD 導(dǎo)通，電容C經(jīng)TD 迅速放電，使C 0。此后由于C1 C2 1，觸發(fā)器保持0狀態(tài)不變，輸出也相應(yīng)地穩(wěn)定在O 0的狀態(tài)。 因此，通電后電路便自動(dòng)地停在O 0的狀態(tài)。 當(dāng)觸發(fā)脈沖的下降沿到達(dá)，使I2 跳變到1/3VCC 以下時(shí)，使C2 0（此時(shí)C1 1），觸發(fā)器被置1，O 跳變?yōu)楦唠娖?，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。與此同時(shí)TD

25、截止，VCC 經(jīng)R開(kāi)始向電容C充電。當(dāng)充至C 2/3VCC時(shí)，C1 變成0。如果此時(shí)輸入端的觸發(fā)脈沖已消失，I 回到了高電平，則觸發(fā)器將被置0，于是輸出返回O 0的狀態(tài)。同時(shí)TD 又變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，電容C經(jīng)TD迅速放電，直至C 0，電路恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)。圖16畫(huà)出了在觸發(fā)信號(hào)作用下C 和O 相應(yīng)的波形。（圖28） 圖27電路的電壓波形圖 輸出脈沖的寬度t W 等于暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間，而暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間取決于外接電阻R和電容C的大小。由圖14可只，t W 等于電容電壓在充電過(guò)程中從0上升到2/3VCC 所需要的時(shí)間，因此得到t W RCln(VCC0)/( VCC-2/3 VCC)=RCln3=1.1RC

26、 （11） 通常R的取值在幾百歐姆到幾兆歐姆之間，電容的取值范圍為幾百皮法到幾百微法，t W 的范圍為幾微秒到幾分鐘。但必須注意，隨著t W的寬度增加它的精度和穩(wěn)定度也將下降。224用555定時(shí)器接成的多諧振蕩器 在1.3.2講述了用555定時(shí)器接成施密特觸發(fā)器，那么我們可以先把它接成施密特觸發(fā)器，然后在施密特觸發(fā)器的基礎(chǔ)上改接成多諧振蕩器。只要把施密特觸發(fā)器的反相輸出端經(jīng)RC積分電路接回到它的輸入端，就構(gòu)成了多諧振蕩器。因此，只要將555定時(shí)器的I1和I2 連在一起接成施密特觸發(fā)器，然后再將O 經(jīng)RC積分電路接回輸入端就可以了。為了減輕門(mén)G4的負(fù)載，在電容C的容量較大時(shí)不宜直接由G4提供電容

27、的充、放電電流。為此，在圖18電路中將TD與R1接成了一個(gè)反相器，它的輸出O與O在高、低電平狀態(tài)上完全相同。將O經(jīng)R2和C組成的積分電路接到施密特觸發(fā)器的輸入端同樣也能構(gòu)成多諧振蕩器。（圖29） 用555定時(shí)器接成的多諧振蕩器根據(jù)分析得知，電容上的電壓C將在VT+ 與VT 之間往復(fù)振蕩，C和O 的波形如圖210所示。（圖210）圖29電路的電壓波形圖由圖19中C 的波形求得電容C的充電時(shí)間T1和放電時(shí)間T2各為T(mén)1 （R1+R2）Cln(VCCVT-)/(VCCVT+)（R1+R2）Cln2 （12）T2R2Cln(0VT+)/(0VT - )R2Cln2 (13)故電路的振蕩周期為 T=T1

28、+T2(R1+2R2)Cln2 (14)振蕩頻率為1/T1/(R1+2R2)Cln2 (15) 通過(guò)改變R和C的參數(shù)即可改變振蕩頻率。用CB555組成的多諧振蕩器最高振蕩頻率達(dá)500kHz，用CB7555組成的多諧振蕩器最高振蕩頻率可達(dá)1MHz。23 LM386介紹概述(Description): LM386是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品。為使外圍元件最少，電壓增益內(nèi)置為20。但在1腳和8腳之間增加一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調(diào)為任意值，直至200。輸入端以地位參考，同時(shí)輸出端被自動(dòng)偏置到電源電壓的一半，在6V電源電壓下，它的靜態(tài)功率僅為24mW，使

29、得LM386特別適用于電池供電的場(chǎng)合。 LM386的封裝形式有塑封8引線(xiàn)雙列直插式和貼片式。 LM386電源電壓412V，音頻功率0.5W。LM386音響功放是由NSC制造的，它的電源電壓范圍非常寬，最高可使用到15V，消耗靜態(tài)電流為4mA，當(dāng)電源電壓為12V時(shí)，在8歐姆的負(fù)載情況下，可提供幾百mW的功率。它的典型輸入阻抗為50K。LM386特性(Features): * 靜態(tài)功耗低，約為4mA,可用于電池供電。 * 工作電壓范圍寬，4-12V or 5-18V。 * 外圍元件少。 * 電壓增益可調(diào)，20-200。 * 低失真度。LM386的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：圖211 LM386應(yīng)用電路圖之增益20放

30、大增益20（最少器件）圖212放大增益200圖213放大器增益50圖214低頻提升放大器：圖2152.4 紅外光反射測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)的工作原理241系統(tǒng)框圖和工作原理 紅外光反射測(cè)距主要由以下幾個(gè)部分組成：紅外光發(fā)射電路、紅外光接收電路、譯碼電路、發(fā)聲裝置。發(fā)射電路發(fā)射紅外光障 礙 物反射回來(lái)的紅外光接收，譯碼 發(fā)聲裝置，報(bào)警圖2-16 紅外反射式報(bào)警系統(tǒng)框圖 在紅外發(fā)射電路中，當(dāng)IC1輸出的序列脈沖方波為低電平時(shí)，紅外發(fā)光二極管VD1、VD2發(fā)出紅外調(diào)制光，它發(fā)出紅外光的周期是T2.5×10-5 s 在紅外接收、譯碼及發(fā)聲電路中，紅外接收管VD3接收到由紅外發(fā)射電路發(fā)射的頻率為40kH

31、z的紅外光時(shí)，IC2（CX20106）的輸出腳腳即轉(zhuǎn)為低電位，使得IC3(555)觸發(fā)而使IC3的輸出腳腳呈置位狀態(tài)輸出高電平。IC3(555)和R6、RP3、C6等組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。平時(shí)，由于R5的上拉作用，IC3的腳呈高電位，使IC3處于復(fù)位狀態(tài)，即其腳輸出為低電位，IC4無(wú)電不工作。當(dāng)IC2收到紅外反射信號(hào)后，其腳輸出下跳變脈沖而使IC3置位，為后級(jí)提供了工作電壓。IC3輸出高電平的持續(xù)時(shí)間為td1.1（R6+RP3）C6IC3 輸出的約8.5V的高電平電壓經(jīng)R7 、VDW分壓、穩(wěn)壓后，得到4.5V電壓，為IC4(HFC5212)提供了工作電壓,IC4工作后，其發(fā)出的語(yǔ)音報(bào)警信號(hào)經(jīng)集成功

32、率放大器IC5(LM386)放大后，驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)出其內(nèi)存的語(yǔ)句“嘟嘟，請(qǐng)注意”提示音，從而達(dá)到報(bào)警的作用。242 40kHz脈沖的產(chǎn)生與紅外光的發(fā)射 紅外發(fā)射器中IC1、R1、R2、RP1及C1組成一個(gè)多諧振蕩器，其振蕩頻率為=1.44/(R1+2R2+RP1)C1要得到40kHz的頻率，經(jīng)過(guò)計(jì)算，需要調(diào)節(jié)RP1的阻值為9.33k歐姆，這是理論數(shù)值，但在實(shí)際中，各定值電阻存在或大或小的一定量的偏差，為了準(zhǔn)確的得到所需頻率可用示波器測(cè)IC1的腳波形，調(diào)整RP1使腳的序列脈沖方波的頻率為40kHz即可。25 反射紅外光的接收及譯碼紅外發(fā)射電路發(fā)射出去后，碰到近距離的障礙物被順利反射回來(lái)，這時(shí)紅外接收

33、管VD3接收到的紅外光是否能對(duì)通過(guò)IC2而使IC2的輸出腳轉(zhuǎn)呈低電位取決于IC2內(nèi)的帶通濾波器的中心頻率，如果跟發(fā)射電路的振蕩頻率一致，也既是40kHz的時(shí)候，腳才呈低電位使得IC3呈置位狀態(tài)。40kHz的中心頻率可通過(guò)調(diào)節(jié)RP2得到本章小結(jié)：本章主要對(duì)設(shè)計(jì)中要使用的主要元件作了比較詳細(xì)的介紹，特別是紅外專(zhuān)用集成電路CX20106，這個(gè)以前沒(méi)有接觸過(guò)的芯片。這樣，對(duì)元件有了比較深入的認(rèn)識(shí)，對(duì)制作起到比較大的作用。講述了此報(bào)警系統(tǒng)的工作原理，包括紅外線(xiàn)的發(fā)射，反射回來(lái)的紅外光被紅外接收裝置接收后，如何才能通過(guò)紅外專(zhuān)用集成電路CX20106從而使IC3獲得高電平輸出，為后級(jí)提供工作電壓。這一章是這

34、個(gè)設(shè)計(jì)的中心任務(wù)。第 3 章 系統(tǒng)的調(diào)試3.1系統(tǒng)調(diào)試3.1.1發(fā)射電路的調(diào)試:要讓紅外發(fā)光二極管VD1、VD2發(fā)出的紅外調(diào)制光的頻率為40kHz，就要使由IC1、R1、R2、RP1以及C1組成的多諧振蕩器的振蕩頻率為40kHz，即 IC1（555）的輸出腳腳輸出的序列脈沖方波的頻率為40kHz，通過(guò)公式1.44/(R1+2R2+RP1)C1指導(dǎo)，是一個(gè)與R1、R2、RP1、C1 有關(guān)的變量，其中R1、R2、C1均為定值，要確定出的值為40kHz，可以計(jì)算出RP1的大小約為9.33k歐姆。調(diào)節(jié)RP1的大小至9.33k歐姆左右，由于實(shí)際中的定值電阻存在一定的偏差，所以調(diào)節(jié)RP1為9.33k歐姆不

35、一定準(zhǔn)確，準(zhǔn)確的方法是接入電源至電路，用示波器的正極接IC1的腳，負(fù)極接地，觀察示波器中的序列脈沖方波的波形和頻率，用螺絲刀微調(diào)RP1使得示波器中顯示的序列脈沖方波的頻率為40kHz左右即可。這樣就完成了發(fā)射電路的調(diào)節(jié)。3.1.2 接收、譯碼及發(fā)聲電路的調(diào)試：前面已經(jīng)調(diào)節(jié)紅外發(fā)射電路中的多諧振蕩器的諧振頻率為40kHz，要使接收電路接收到發(fā)射電路發(fā)射的紅外光能通過(guò)紅外專(zhuān)用集成電路IC2（CX20106）而使其輸出腳腳由高電位轉(zhuǎn)呈至低電位，就要使紅外專(zhuān)用集成電路CX20106內(nèi)的帶通濾波器的中心頻率0與發(fā)射電路的諧振頻率相一致，即40kHz，同發(fā)射電路調(diào)節(jié)方法一樣，調(diào)節(jié)電路參數(shù)使得IC2的諧振頻

36、率0 為40kHz ，很顯然，我們應(yīng)該調(diào)節(jié)RP2的大小來(lái)達(dá)到這個(gè)目的，因?yàn)槟苡绊慍X20106內(nèi)的帶通濾波器中心頻率的其他參數(shù)都是定值。IC3輸出高電平的持續(xù)時(shí)間與接入電路的R6、RP3及C6有關(guān)，具體關(guān)系表現(xiàn)為：td1.1（R6+RP3）C6其中R6和C6為定值，要改變td的大小，可以通過(guò)調(diào)節(jié)接入電路的RP3阻值的大小來(lái)達(dá)到，RP3的最大值為1M，由公式td1.1（R6+RP3）C6可以推算出td的最大取值為60s（1分鐘），也即是其一次最大持續(xù)報(bào)警時(shí)間為1分鐘?？梢愿鶕?jù)不同人的需求調(diào)節(jié)這個(gè)時(shí)間的長(zhǎng)短。本章小結(jié)： 本章是整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中的尾聲階段，是對(duì)已經(jīng)設(shè)計(jì)制作好的電路進(jìn)行測(cè)試，看是否成功，

37、如果不成功，試著用排除法查找問(wèn)題所在，一個(gè)一個(gè)解決。行百步者半九十，這是個(gè)艱難的過(guò)程，考驗(yàn)我們的細(xì)心程度和耐心?？偨Y(jié) 在本次的紅外反射式倒車(chē)類(lèi)車(chē)?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)與制作中，使我的數(shù)字電路知識(shí)得到了進(jìn)一步的鞏固和加深。增強(qiáng)了我對(duì)一些芯片的認(rèn)識(shí)，其中有些是以前學(xué)過(guò)的東西，一些是以前根本沒(méi)接觸過(guò)的東西，自己從零開(kāi)始認(rèn)識(shí)的，使我探測(cè)新事物的能力得到了提高。在設(shè)計(jì)和制作中，難免不出現(xiàn)問(wèn)題，通過(guò)認(rèn)真檢查電路板，查找資料，借鑒別人的設(shè)計(jì)思路，并結(jié)合自己的實(shí)際設(shè)計(jì)，在第一次不是很穩(wěn)妥而做出的電路板失敗的情況下，對(duì)發(fā)射電路以及接收、脈沖譯碼和報(bào)警電路進(jìn)行了改進(jìn)，確定了設(shè)計(jì)進(jìn)行第2次做板，做出來(lái)后，通過(guò)精心的調(diào)試，終于成

38、功的達(dá)到了設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)所要達(dá)到的效果?？偨Y(jié)第一次失敗的原因主要是，電路排版不夠合理，感光板感光時(shí)間把握的不是很好，導(dǎo)致可能引發(fā)的一些斷、短路的線(xiàn)路問(wèn)題。這些問(wèn)題涉及到以前學(xué)過(guò)的數(shù)字電路知識(shí)和Protel的應(yīng)用。通過(guò)這次的設(shè)計(jì)，我的理論知識(shí)和動(dòng)手能力以及認(rèn)識(shí)新事物的能力都得到了很大的加強(qiáng)。致謝 經(jīng)過(guò)一個(gè)學(xué)期的努力，終于將本人的畢業(yè)設(shè)計(jì)紅外反射式倒車(chē)?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)與制作順利的完成了。此設(shè)計(jì)從搜集查找資料，方案的選擇以及優(yōu)化到論文的撰寫(xiě)整個(gè)過(guò)程都是在本人的指導(dǎo)老師劉國(guó)安的精心指導(dǎo)及大力幫助下得到順利完成的，當(dāng)然還有一些同學(xué)的幫助，在此表示忠心的感謝！ 在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我查閱了大量關(guān)于紅外線(xiàn)技術(shù)以及倒車(chē)防

39、撞方面的資料，用到了許多以前學(xué)過(guò)的知識(shí)，使自己的理論知識(shí)轉(zhuǎn)化到實(shí)際應(yīng)用中，這也是我們學(xué)習(xí)理論要達(dá)到的一個(gè)目的，是對(duì)理論知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)。還接觸了一些以前書(shū)本沒(méi)有學(xué)過(guò)的知識(shí)，擴(kuò)充了我的知識(shí)面。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，遇到了不少問(wèn)題，在劉國(guó)安老師的引導(dǎo)和啟發(fā)下，使我解決問(wèn)題的效率大大提高，在設(shè)計(jì)中起到了很大的作用。當(dāng)然作用不只在此次設(shè)計(jì)中，對(duì)我以后看待其他問(wèn)題和解決問(wèn)題都提供了一個(gè)很好的參考和一種很好的思維方向，為今后的工作事業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。還有其他同學(xué)也給我提供了很多幫助。覺(jué)得遺憾的是此設(shè)計(jì)還不是最好的狀態(tài)，我會(huì)不斷的朝著更好的目標(biāo)鍛煉自己，提高自己。參考文獻(xiàn)1 張建華數(shù)字電子技術(shù)，北京，機(jī)械工業(yè)出版

40、社，1994年2 潘永雄 沙 河 劉向陽(yáng)電子線(xiàn)路CAD實(shí)用教程西安，西安電子科技大學(xué)出版社，2001年3 閻 石數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)，北京，高等教育出版社，1997年4 楊幫文新型集成器件實(shí)用電路，北京，電子工業(yè)出版社，20025 SusanA.R.Garrod,RobortJ.Borns.DigitalLogicAnalysis,Application & Design,Holt Rinehart and Winston,Inc.,19916 Joseph D.GreenfieldPractical Digital Design Using ICs Regents/PrenticeHal

41、l,Inc.,1994附錄1步進(jìn)調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)應(yīng)用與毫米波汽車(chē)防撞雷達(dá)張建輝 劉國(guó)歲 顧紅 蘇衛(wèi)民（南京理工大學(xué)電子工程技術(shù)研究中心，江蘇，南京，210094）摘要：概述了工作在毫米波段的汽車(chē)防撞雷達(dá)的有關(guān)情況，針對(duì)虛警問(wèn)題，提出了一種新的雷達(dá)發(fā)射信號(hào)體制，即變斜率步進(jìn)調(diào)頻三角形連續(xù)波信號(hào)，分析了該波形的特性，給出了相應(yīng)的信號(hào)處理，并提出了一種用于多目標(biāo)環(huán)境中的目標(biāo)檢測(cè)算法。分析和方針結(jié)果表明：新的信號(hào)體制具有良好的距離和相對(duì)速度分辨率，且易于產(chǎn)生和處理，同時(shí)其相應(yīng)的多目標(biāo)檢測(cè)算法能夠有效地去除虛警。關(guān)鍵詞：步進(jìn)調(diào)頻連續(xù)波，汽車(chē)?yán)走_(dá)，虛警率，目標(biāo)檢測(cè)相對(duì)來(lái)說(shuō),公路運(yùn)輸是所有運(yùn)輸系統(tǒng)中危險(xiǎn)度最高

42、的.有關(guān)交通事故的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明:一半以上的汽車(chē)碰撞是追尾碰撞。因此，一個(gè)能夠?qū)撛诘呐鲎沧龀鲱A(yù)警的系統(tǒng)能夠有效的降低事故率。有了這種系統(tǒng)，汽車(chē)駕駛將變得更加輕松和舒服。工作于微波頻段的高可靠性雷達(dá)是構(gòu)建該系統(tǒng)的一個(gè)有效的傳感器。歷史上，雷達(dá)系統(tǒng)已經(jīng)在汽車(chē)上的得到了應(yīng)用，這就是所謂的“前向碰撞預(yù)警雷達(dá)FLAR”.現(xiàn)在的研究主要集中在：“自治智能巡航控制系統(tǒng)（AICC）”，這個(gè)系統(tǒng)在碰撞預(yù)警的基礎(chǔ)上附加了剎車(chē)和加速器的自動(dòng)控制。這個(gè)控制過(guò)程由雷達(dá)系統(tǒng)和交通分析處理器完成。當(dāng)使用了AICC處理器之后，碰撞可以完全避免。盡管有很多雷達(dá)原型系統(tǒng)已經(jīng)制作成功，而且有一些論文和試驗(yàn)結(jié)果發(fā)表。但是至今仍沒(méi)有一

43、個(gè)實(shí)用的系統(tǒng)生產(chǎn)出來(lái)并進(jìn)行市場(chǎng)化。除去成本方面的考慮，一個(gè)很重要的的原因就是不可接受的高虛警率。雷達(dá)傳感器對(duì)低虛警率的要求是很強(qiáng)烈的。因此，不管是FLAR,還是AICC系統(tǒng)，首要任務(wù)就是設(shè)計(jì)一個(gè)低虛警率的雷達(dá)。人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到：為了得到低預(yù)警率，雷達(dá)系統(tǒng)必須能夠同時(shí)處理三個(gè)參數(shù)：距離、速度和方位角。每一個(gè)參數(shù)都可以通過(guò)由不同的發(fā)射波形和天線(xiàn)獲得。在這篇論文中，一個(gè)完整的用于FLAR或者AICC的波形被采用，并提出了一種目標(biāo)識(shí)別的信號(hào)處理方法。選擇的波形能夠提供高的可靠性，而目標(biāo)識(shí)別算法能夠?qū)﹀e(cuò)誤目標(biāo)進(jìn)行有效區(qū)分。1 波形和信號(hào)處理11 波形的定義雷達(dá)的性能很大程度上取決于發(fā)射波形的選擇。圖1就是

44、一種應(yīng)用于FLAR和AICC系統(tǒng)的步進(jìn)調(diào)頻連續(xù)波。它包括3個(gè)斜坡，被分成6節(jié)，A-F是一個(gè)周期中的。A,C E是上升波形，BDF是下降波形。Fc是載波頻率。盡管FC不是連續(xù)可調(diào)，但是波形的每一節(jié)都是連續(xù)的。12 信號(hào)處理當(dāng)信號(hào)A發(fā)送后，接收部分收到目標(biāo)的反射波形，并將其分類(lèi)給訓(xùn)練過(guò)的基波脈沖。IQ樣本得到內(nèi)部脈沖復(fù)制率。這樣第i個(gè)頻率就被確定下來(lái)。根據(jù)參考文獻(xiàn)，對(duì)于所有的樣本，R(I)被應(yīng)用于IDFT以便得到一個(gè)N元素的同步雷達(dá)性能，如下式所示：與第一個(gè)傾斜端情況相似，我們很容易就能理解其他兩個(gè)傾斜波段的情況。2 多目標(biāo)識(shí)別算法在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，F(xiàn)LAR和AICC系統(tǒng)必須能夠有效區(qū)分目標(biāo)d和v。并

45、與主發(fā)動(dòng)機(jī)同步。然后由天線(xiàn)得到目標(biāo)的方位角，進(jìn)行合成運(yùn)算，從而有效區(qū)分正確與錯(cuò)誤目標(biāo)。然后比較目標(biāo)的d序列和v序列，一旦內(nèi)部處于目標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)的序列AS之上，就必須向駕駛員報(bào)警。安全的v序列能夠通過(guò)下列方程式計(jì)算。實(shí)際上，三個(gè)目標(biāo)可能同時(shí)出現(xiàn)在每個(gè)波形斜坡部分。因此當(dāng)所有的可能目標(biāo)出現(xiàn)時(shí)，我們必須對(duì)他們進(jìn)行比較。首先，比較每個(gè)目標(biāo)的第一個(gè)傾斜部分和第二個(gè)傾斜部分來(lái)得到成對(duì)數(shù)據(jù)d，v并且將其反饋給發(fā)動(dòng)機(jī)。這些目標(biāo)存儲(chǔ)下來(lái)，數(shù)據(jù)能夠得到有效評(píng)估。第二步，剩余的配對(duì)數(shù)據(jù)與可能目標(biāo)在第三個(gè)斜坡進(jìn)行比較。當(dāng)所有的比較完成后。與每個(gè)斜坡數(shù)據(jù)都符合的配對(duì)數(shù)據(jù)被識(shí)別為真正的目標(biāo)。每個(gè)目標(biāo)的安全V序列都被計(jì)算。一旦

46、實(shí)際的距離d比安全距離a小的時(shí)候，預(yù)警信號(hào)就產(chǎn)生了。等式11表示了LA的對(duì)角線(xiàn)，它是通過(guò)計(jì)算相對(duì)速度實(shí)現(xiàn)的。同樣LB和LF的相關(guān)系數(shù)B在F波節(jié)被記錄。3 結(jié)論在這片論文里，提出了一種步進(jìn)調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)應(yīng)用與毫米波汽車(chē)防撞雷達(dá)系統(tǒng)。它能夠由數(shù)字電路很簡(jiǎn)單的搭建起來(lái)，并且它的信號(hào)處理部分降低了相關(guān)的高可能性雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)計(jì)算速度的要求。我們同時(shí)提出了一種基于多目標(biāo)識(shí)別和確認(rèn)的錯(cuò)誤控制算法。方針?lè)治鼋Y(jié)果表明，該算法能夠有效控制虛警率?？傊?，發(fā)射波形的設(shè)計(jì)針對(duì)微波雷達(dá)進(jìn)行了優(yōu)化，而且高虛警率問(wèn)題得到了有效的解決。這樣自動(dòng)防撞雷達(dá)報(bào)警系統(tǒng)才能夠變成市場(chǎng)化的商用產(chǎn)品。附錄2STEPPED FMCW WAVEF

47、ORM APPLIED FOR MM WAVE AUTOMOTIVE COLLISION WARNING RADARAbstract ： A stepped MMCW radar waveform applied for mm-waye automotive collision warninn radar systems was proposed, which is easy to be venerated dinitally and its sinnal processinn reduced the requirement of computational speed compared to

48、 conventional hnihwesolution radars.An error approach alnorithm was sunnested for multiple vehide tarnet detection and its usefulness in eliminatinn the false tarnet by computer simulation was confirmed.Key words:stepped MMCW, automotive radar, false alarm rate, tarnet detection.Introduction: From a

49、 relative view point, road traffic is one of the dangerous means of transportation. Statistic of accidents shows that more than half of all collilions are rear-end collisions.So it is believed by people that a system capable of alerting a driver in a timely fashion to the existing of an impending co

50、llision Would have the potentiality of drastically reducing accident seriousness as well as frequency. W ith those svstems the car driver's stress will be reduced and car driving will be more relaxing and comfortable. High resolution radars operating on millimeter wvave band are the ideal sensor

51、s for theses stenl， these svstems。In history radar systems in Car applicationswere developed, which were named“Fore and Looking Automotive Collision Warning Tiadar (FT.ATi)”.Modern developments are focused on the so-called utonomous Tntelligent Cruise Con trol Systems(ATCC) "which means in addi

52、tion to the collision warning systems the car's brake and accelerations are controlled automatically by the radar system including a traffic analyzing tomputer.The collisions will be avoided totally by the ATCC-computer. Although many radar prototypes have been produced一0.and relative results or papers have bee