基于555的车距报警器.docx
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基于555的车距报警器
基于555的车距报警器
摘要:
近年来,随着电子计算机、无线通信、人工智能控制等技术的不断发展,各种智能自动化设备已经进入了生产和生活的各个领域之中。
在汽车制造工业中,为了提高汽车的安全性能,各种新技术不断地被应用于实际之中,如防抱死刹车技术(ABS),防侧滑技术(ASR),只能多方位安全气囊技术等都已成功地安装在各种档次的汽车之上.与之相比,汽车车距报警的发展却略显缓慢,目前声音提示技术仍是使用较广泛的方法.驾驶员则主要是通过目测来估测车距,因此,人们亟需一种低成本,智能车距报警装置,本论文设计了一个可调红外车距报警系统。
关键词:
红外传感器;车距报警
Abstract:
inrecentyears,alongwiththeelectroniccomputer,wirelesscommunication,artificialintelligencecontroltechnologyunceasingdevelopment,allkindsofintelligentautomationequipmenthasenteredproductionandlifeinallareas.Intheautomotiveindustry,inordertoimprovethesafetyperformanceofthecar,allsortsofnewtechnologiesappliedconsistently,suchasanti-lockbraketechnology(ABS),lateralspreadstechnology(ASR),onlymany-sideairbagtechnologyhassuccessfullyinstalledinvariousgradesofauto.Comparedwithautomobilereversesecurityequipmentdevelopment,butslightlyslowervoicetipstechniqueisstillwidelyusedmethodsaremainlythrough.Driver'slenstogettothedistance,therefore,isakindofpeople,lowcost,highintelligencereversesafetydevice,thispaperdesignsanadjustableinfraredcarsalarmsystem.
Keywords:
infraredsensors,Policecars
目录
1.前言1
1.1设计背景1
1.2设计概述2
2.总体方案设计2
2.1方案比较2
3.单元模块设计4
3.1各单元模块功能介绍及电路设计5
3.2电路参数的计算及元器件的选择12
3.3特殊器件的介绍13
4.软件设计13
4.1软件设计原理13
4.2工作流程框图15
5.系统调试15
5.1电源电路的调试15
5.2声控电路的调试17
附录1:
系统的电路原理图19
1.前言
随着电子计算机、无线通信、人工智能控制等技术的不断发展,各种智能自动化设备已经进入了生产和生活的各个领域之中。
在汽车制造工业中,为了提高汽车的安全性能,各种新技术不断地被应用于实际之中,如防抱死刹车技术(ABS),防侧滑技术(ASR),只能多方位安全气囊技术等都已成功地安装在各种档次的汽车之上.与之相比,汽车车距报警安全保障设备的发展却略显缓慢,目前声音提示技术仍是使用较广泛的方法.驾驶员则主要是通过目测来得到车距。
1.1设计背景
近年来,随着电子计算机、无线通信、人工智能控制等技术的不断发展,各种智能自动化设备已经进入了生产和生活的各个领域之中。
在汽车制造工业中,为了提高汽车的安全性能,各种新技术不断地被应用于实际之中,如防抱死刹车技术(ABS),防侧滑技术(ASR),只能多方位安全气囊技术等都已成功地安装在各种档次的汽车之上.与之相比,汽车车距报警安全保障设备的发展却略显缓慢,目前声音提示技术仍是使用较广泛的方法.驾驶员则主要是通过目测来得到车距离因此,人们亟需一种低成本,高智能倒车安全装置。
电子信息技术发展的主要目标是实现高度智能化,在减少以至不需要人为干预下使机器能独立处理各种工作。
智能化照明电路也是如此,如我们所熟知的走道照明电路其智能化实现方法是利用了声学·光学·电子学·原理的综合;而马路上的路灯是应用了光学的原理;另一个我们所知的交通系统红绿灯则是采用了电子学中计数器的原理。
可见原理不同电路所实现的功能也不尽相同。
当今世界在以电子信息技术为前提下推动了社会跨跃式的进步,科学技术的飞速发展日新月异带动了各国生产力的大规模提高。
由此可见科技已成为各国竞争的核心,尤其是电子信息技术更显得尤为重要,在国民生产各部门电子信息技术得到了广泛的应用。
曾经不被人们所重用的如声音,光等如今在电子信息技术方面都得到了广泛的应用,尤其是光能更是人们有待开发的具大的能源宝库。
1.1.1设计相关技术简介
整个电路由红外车距测量模拟装置,车距判断,555振荡器,蜂鸣器和电源五个部分组成。
电路由红外车距测量模拟装置产生一个车距模拟信号,通过与车距比较器的一个设定值进行比较得到一个脉冲使555产生振荡,从而驱动报警器发出警报。
1.1.2该技术的特点
本电路通过车距比较器可以实现车距报警距离的手动可调,通过对比较器的比较电压进行设定,人们可以调节报警器的报警距离。
1.2设计概述
本电路是车距报警电路,设定一个距离,当车距小于设定车距时报警器报警,当车距大于设定距离时报警器停止报警,并实现车距报警距离的手动可调。
1.2.1设计目标
通过555电路设计一个自动车距报警器,当车距小于设定距离时报警器报警,当车距大于报警距离时停止报警,同时实现报警距离的手动可调,并且可以调节音量。
1.2.2技术路线
要实现该设计,就应把整个电路分为几大模块。
它们分别是红外车距模拟模块、车距判断模块、555振荡器模块、报警模块以及电源模块。
1.2.3实施计划
首先就是要理清实现设计的框图,在总体框图的指导下,参考模板作出具体的电路图,由要设计实现的功能,计算出各个电路元件的值,并逐一对各个元件进行选择。
最后用仿真软件对设计进行仿真操作,调试软件,并对照出的设计有误的地方进行必要的修正,确保设计的正确。
1.2.4必备条件
要实现该电路的设计,首要的就是要制定出设计的实现框图,并在老师的指导和参照资料的条件下作出具体电路图,选定实现实现该设计的各种元器件。
另外,还应由必要的软件帮助设计的完成。
2.总体方案设计
2.1方案比较
对同一种目的的实现,可以用不同的方案,下面就着重介绍以下两种方案对同一目的的实现方法。
并比较两种方案的优劣。
2.1.1方案一
原理图如图2.1:
图2.1方案一得原理框图
方案一的原理简述:
该方案的各部分电源均由总电源供电,通过超声波车距模拟电路产生一个电压信号通过555振荡电路来驱动扬声器工作,车距判断电路直接控制超声波的发射强度来控制报警距离。
2.1.2方案二
原理图如图2.2
图2.2方案二原理框图
方案二的原理简述:
该方案的各部分均由总电源供电,通过红外车距模拟电路产生一个车距电压信号,在经过车距判断电路时同原来设定的距离信号进行比较,当车距小于设定距离时有信号进入555振荡电路产生一个信号来驱动扬声器发出警报(报警距离在车距比较电路中实现)。
2.1.3方案论证
1)方案可行性分析:
对于方案一不可行,因为方案一的车距信号直接进入555振荡电路无法实现报警距离的设定,通过改变超声波的强弱来改变报警距离是不容易实现的,同时,超声波有它的局限性,容易受到外界的干扰,可靠性受到了很大的影响。
所以方案一不可行的。
对于方案二十可行的,因为在方案二中,通过红外车距模拟电路产生一个车距电压信号,在经过车距判断电路时同原来设定的距离信号进行比较,当车距小于设定距离时有信号进入555振荡电路产生一个信号来驱动扬声器发出警报(报警距离在车距比较电路中实现)。
理论上方案二是可以实现的。
2)方案的特点及优缺点分析:
方案一的特点是设计简单。
它的缺点是不容易实现车距报警距离的可调(调节电路过于复杂,难于实现),同时在用超声波进行车距测量时容易受到外界的干扰,可靠性低,不易实现。
方案二的特点是设计思路简单,可行性强。
它的优点是车距判断电路放在红外车距模拟电路和555振荡电路之间,便于车距报警距离的调节和显示,同时车距探头采用红外探头,它的抗干扰能力强不容易受到外界干扰,容易控制。
基于方案二,可以实现设计要求。
3)方案选择:
经过上面两个方案的分析,第二个方案的可行性高,所以我选择第二个方案做为设计方案。
因为对于第二个方案,在经过车距判断电路时同原来设定的距离信号进行比较,当车距小于设定距离时有信号进入555振荡电路产生一个信号来驱动扬声器发出警报(报警距离在车距比较电路中实现),当车距大于设定距离时报警器停止报警。
这种电路符合设计要求,在理论上来说,这种方案是可行的。
基于方案二,可以实现设计要求,该设计方案不仅能在车距小于报警距离时报警,还能根据需要改变报警距离并用数字的方式直观的显示出来。
所以选择方案二。
3.单元模块设计
本节主要介绍系统各单元模块的具体功能、电路结构、工作原理、以及各个单元模块之间的联接关系;同时本节也会对相关电路中的参数计算、元器件选择、以及核心器件进行必要说明。
3.1各单元模块功能介绍及电路设计
3.1.1红外车距模拟电路
红外探头输出的是一个电压信号,可以采用很多电路来实现,具体采用什么电路合适,则根据主体电路及执行机构不同和可靠、价廉、有效益等要求进行选用。
本电路采用的是由555电路组成的多谐电路来模拟车距信号,红外车距模拟电路的设计结构如下:
图3.1红外车距模拟电路框图
图2-66a是由555组件组成的多谐振荡器电路,R1、R2和C系外接元件。
其工作原理如下:
接通电源后,VCC经R1R2给电容C充电。
由于电容上电压不能突变,电源刚接通时UC:
当UC上升到大于Vcc/3时,RD=1,SD=1,基本RS触发器状况不变,即输出端Q仍为高电平,当VC上升到略大于2VCC/3时,Rn=0,SD=1,基本RS触发器置0,输出端Q为低电平。
这时Q=1,使内部放电管饱合导通。
于是电容C经R2和内部放电管放电,UC按指数规律减小。
当UC下降略小于Vcc/3时,内部比较器A1输出高电平,A2输出低电平,基本RS触发器置1,输出高电平。
这时,Q=0,内部放电管截止。
于是C结束放电并重新开始充电。
如此循环不止,输出端就得到一系列矩形脉冲,如图2-66b所示。
图3.1红外车距模拟电路
电路中,由信号源触发555组成的多谐电路电路产生一个电压信号,再通过滑动变阻器RV2来改变电压达到模拟车距改变的目的。
如上图所示。
3.1.2车距判断电路
该电路是由一个电压比较器来实现的。
当模拟车距的电压信号(U1)用过电压比较器的负端输入时,它与电压比较器的电压(U2)正端进行比较,如果U1>U2电压比器1端输出为低电平,当U1 电路中U2可以利用滑动变阻器RV1实现,没滑动一下u2的电压会改变1V并用数字电压表直观的显示出来,从而实现信号的比较。 什么是电压比较器? 简单地说,电压比较器是对两个模拟电压比较其大小(也有两个数字电压比较的,这里不介绍),并判断出其中哪一个电压高,如图1所示。 图1(a)是比较器,它有两个输入端: 同相输入端(“+”端)及反相输入端(“-”端),有一个输出端Vout(输出电平信号)。 另外有电源V+及地(这是个单电源比较器),同相端输入电压VA,反相端输入VB。 VA和VB的变化如图1(b)所示。 在时间0~t1时,VA>VB;在t1~t2时,VB>VA;在t2~t3时,VA>VB。 在这种情况下,Vout的输出如图1(c)所示: VA>VB时,Vout输出高电平(饱和输出);VB>VA时,Vout输出低电平。 根据输出电平的高低便可知道哪个电压大。 如果把VA输入到反相端,VB输入到同相端,VA及VB的电压变化仍然如图1(b)所示,则Vout输出如图1(d)所示。 与图1(c)比较,其输出电平倒了一下。 输出电平变化与VA、VB的输入端有关。 图2(a)是双电源(正负电源)供电的比较器。 如果它的VA、VB输入电压如图1(b)那样,它的输出特性如图2(b)所示。 VB>VA时,Vout输出饱和负电压。 如果输入电压VA与某一个固定不变的电压VB相比较,如图3(a)所示。 此VB称为参考电压、基准电压或阈值电压。 如果这参考电压是0V(地电平),如图3(b)所示,它一般用作过零检测。 比较器的工作原理? 比较器是由运算放大器发展而来的,比较器电路可以看作是运算放大器的一种应用电路。 由于比较器电路应用较为广泛,所以开发出了专门的比较器集成电路。 图3.1车距比较电路 3.1.3555振荡电路 555振荡电路的主要原理: 是由一个555组成的单稳电路和一个功放电路组成电压信号从A端输入经过单稳电路产生一个方波信号,再通过功放电路对信号进行放大用来驱动扬声器发出警报。 555时基电路(IC)接成单稳态触发器形式,电动机M接在IC输出端3脚与地之间,2脚为触发信号输入端。 平时3脚输出信号V=0,电动机不转。 当有一负触发脉冲Vi作用于2脚时,单稳态触发器翻转为暂稳态,3脚输出信号Vo=VCC,电动机M转动。 经过一定时间后,单稳态触发器回复稳态,Vo=O,电动机M停转。 单稳态触发器驱动电路的特点是每触发一次555时基电路便驱动负载工作一个固定的时间,该工作时间等于单稳态触发器的输出脉宽丁(T=1.1RC)。 图3.1555振荡器电路连线图 3.1.4报警器电路 该部分主要由一个扬声器和一个电容组成。 电容主要起滤波作用防止波形失真。 从前端输入以一个方波信号来驱动扬声器发出警报。 大多数的喇叭(speaker)都是用锥盆式单体前后振动发声的,这些喇叭叫电动式(ElectrokineticDynamic)或动圈式(MovingCoil)喇叭。 在1877年德国西门子(Siemen)的ErenstVemer获得了动圈式喇叭的专利,不过真空管迟至1907年才正式运用,而爱迪生最早的唱机是唱针直接带动振膜而后经号角放大发声,所以西门子的专利一直没有用上。 1920年美国奇异公司的ChesterRice与EdwardKerrog还有爱迪生贝尔P.G.Hokuto才首度发展出实用的动圈式喇叭,七十多年来,除了材料不断改良外,喇叭科技几乎没什么大改变。 下面是几种常见的喇叭发声方式: 一、动圈式(MovingCoil): 基本原理来自佛林明左手定律,把一条有电流的导线与磁力线垂直地放进磁铁南北极间,导线就会受磁力线与电流两者的互相作用而移动,在把一片振膜依附在这根道线上,随著电流变化振膜就产生前后的运动,这种振动便产生了声音。 目前百分之九十以上的锥盆单体都是动圈式的设计。 二、电磁式(Electromagnetic): 在一个U型的磁铁的中间架设可移动斩铁片(电枢),当电流流经线圈时电枢会受磁化与磁铁产生吸斥现象,并同时带动振膜运动。 这种设计成本低廉但效果不佳,所以多用在电话筒与小型耳机上。 三、电感式: 与电磁式原理相近,不过电枢加倍,而磁铁上的两个音圈并不对称,当讯号电流通过时两个电枢因为有不同的磁通量会互相推挤而运动。 与电磁式不同处是电感式可以产生较低的频率,不过效率却非常的低。 四、静电式: 基本原理是库伦(Coulomb)定律,通常是以塑胶质的膜片加上铝等电感性材料真空汽化处理,两个膜片面对面摆放,当其中一片加上正电流高压时另一片就会感应出小电流,藉由彼此互相的吸引排斥作用推动空气就能发出声音。 静电单体由於质量轻且振动分散小,所以很容易得到清澈透明的中高音,对低音动力有未逮,而且它的效率不高,使用直流电原又容易聚集灰尘。 目前如Martin-Logan等厂商已成功的发展出静电与动圈混合式喇叭,解决了静电体低音不足的问题,在耳机上静电式的运用也很广泛。 图3.1报警电路 3.2电路参数的计算及元器件的选择 3.2.1红外车距模拟电路 正弦信号U4经过555组成的多谐电路,电阻R4,R5的阻值分别为2.4k,0.61k;电容C6,C7分别为0.01uf,0.22uf;滑动变阻器选用1k的。 3.2.2车距比较电路 电压比较器选用LM224,滑动变阻器选用100k的。 3.2.3555振荡电路 电路中R1,R3,R6,R7,R11分别为910k,10k,15k,15k,15k滑动变阻器选用20k的;功放选用LM324;电容C1,C2,C12分别为0.01uf,10uf,0.01uf 3.2.4报警电路 电路选用speaker,C4为0.1uf。 3.3特殊器件的介绍 本系统中主要使用了如下功能器件: 光敏二极管。 下面就光敏二极管的功能特点、主要参数和使用方法作相应说明。 3.3.1光敏二极管介绍 扬声器在音响设备中是一个最薄弱的器件,而对于音响效果而言,它又是一个最重要的部件。 扬声器的种类繁多,而且价格相差很大。 音频电能通过电磁,压电或静电效应,使其纸盆或膜片振动并与周围的空气产生共振(共鸣)而发出声音。 按换能机理和结构分动圈式(电动式)、电容式(静电式)、压电式(晶体或陶瓷)、电磁式(压簧式)、电离子式和气动式扬声器等,电动式扬声器具有电声性能好、结构牢固、成本低等优点,应用广泛;按声辐射材料分纸盆式、号筒式、膜片式;按纸盆形状分圆形、椭圆形、双纸盆和橡皮折环;按工作频率分低音、中音、高音,有的还分成录音机专用、电视机专用、普通和高保真扬声器等;按音圈阻抗分低阻抗和高阻抗;按效果分直辐和环境声等。 扬声器分为内置扬声器和外置扬声器,而外置扬声器即一般所指的音箱。 内置扬声器是指MP4播放器具有内置的喇叭,这样用户不仅可以通过耳机插孔还可以通过内置扬声器来收听MP4播放器发出的声音。 具有内置扬声器的MP4播放器,可以不用外接音箱,也可以避免了长时间配带耳机所带来的不便。 3.3.2扬声器特征 (1)扬声器有两个接线柱(两根引线),当单只扬声器使用时两根引脚不分正负极性,多只扬声器同时使用时两个引脚有极性之分。 (2)扬声器有一个纸盆,它的颜色通常为黑色,也有白色。 (3)扬声器的外形有圆形、方形和椭圆形等几大类。 (4)扬声器纸盆背面是磁铁,外磁式扬声器用金属螺丝刀去接触磁铁时会感觉到磁性的存在;内磁式扬声器中没有这种感觉,但是外壳内部确有磁铁。 (5)扬声器装在机器面板上或音箱内。 各单元模块的联接详见附录: 4.软件设计 4.1软件设计原理 Protel99SE是Protel公司近10年来致力于Windows平台开发的最新结晶,能实现从电学概念设计到输出物理生产数据,以及这之间的所有分析、验证和设计数据管理。 因而今天的Protel最新产品已不是单纯的PCB(印制电路板)设计工具,而是一个系统工具,覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。 Protel设计系统是一套建立在IBM兼容PC环境下的EDA电路集成设计系统,由于其高度的集成性与扩展性,一经推出,立即为广大用户所接受,很快就成为世界PC平台上最流行的电子设计自动化软件。 从Protel98开始,Protel公司将所有应用程序代码从16位升级为32位,使性能大大提高。 1999年初,Protel公司推出了Protel99,其最大的改变是引入了设计数据库文件和设计团队的概念,而后又推出了Protel99的改进版--Protel99SE。 Protel99SE(SecondEdition)在原理图设计和电路仿真方面增加了许多小的功能,而其最主要的改进体现在电路板设计系统方面。 使用Protel99SE,你将赞叹其强大的功能和应用的弹性。 据说Protel99SE的部分最新功能将兼容举世瞩目的图形制作,编辑和处理软件CORELDRAW。 当初欧元硬币的设计解决方案由CorelDRAW来完成,CORELDRAW图形套件中,它集位图编辑处理,网页动画,网页发布,页面布局,向量动画等各种必要功能于一身。 将会使您"大大地"提高专业创作的效率。 Protel99SE共分5个模块,分别是原理图设计、PCB设计(包含信号完整性分析)、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD设计。 4.2工作流程框图 图4.3工作流程框图 5.系统调试 5.1电源电路的调试 5.1.1调试目的 测试电源电路的输出是否满足设计要求,输出恒定的+12V的直流电压。 5.1.2调试电路 在proteus中按电源电路画出的电路如图所示: 电路说明如下: 1)在电源两端加入220V,50HZ正弦交流信号 2)运行proteus仿真。 图5.1调试电路 5.1.3调试结果 开启仿真按钮以后,可观察到如下结果: 1)仿真开启,输出的两折现分别表示测试两端波形。 2)仿真出来的波形如下图所示: 图5.1调试结果 5.2声控电路的调试 5.2.1调试目的 调试红外车距模拟电路的车距模拟电压看其是否能在车距小于设定距离时报警,在车距大于设定距离时停止报警。 5.2.2调试方法 在仿真软件proteus中画出设计电路在不改变RV1的情况下,改变RV2的值观察示波器的波形变换。 5.2.3调试结果 开启protues仿真,观察示波器波形。 1)对电路加入输入信号; 2)开启仿真,观察输入端与输出端波形; 3)观察仿真结果如图5.2.1;5.2.2所示。 图5.2调试电路 图5.2.1U1>U2 图5.2.2U1 结论: 由声控电路的输入与输出波形,可以看出该设计声控电路功能正常,电路将输入的4V、20HZ正弦信号放大为同频率的正弦信号,满足设计要求。 附录1: 系统的电路原理图
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