一.設(shè)計(jì)目標(biāo)

1．了解紅外線倒車(chē)?yán)走_(dá)的工作原理。

2．學(xué)會(huì)識(shí)讀紅外線倒車(chē)?yán)走_(dá)電路原理圖、安裝圖。

3．掌握紅外線倒車(chē)?yán)走_(dá)電路安裝及焊接。

4．掌握紅外線倒車(chē)?yán)走_(dá)測(cè)量和調(diào)試技能。

5.學(xué)會(huì)用Multisim軟件仿真電路。

二.項(xiàng)目介紹

    本紅外線倒車(chē)?yán)走_(dá)測(cè)距具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、電路工作穩(wěn)定的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種測(cè)距場(chǎng)合。紅外線倒車(chē)?yán)走_(dá)電路由多諧振蕩器電路、紅外線發(fā)射與接收電路、信號(hào)放大與電壓比較電路和發(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(yùn)放LM324。NE555構(gòu)成多諧振振蕩電路發(fā)射紅外波信號(hào)，LM324主要用來(lái)放大紅外接收信號(hào)和構(gòu)成電壓比較器電路，發(fā)光二極管用來(lái)指示倒車(chē)距離范圍。

三.電路原理簡(jiǎn)要分析

    NE555及外圍元件組成多諧振蕩器電路，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)紅外線發(fā)射管工作的震蕩電壓，驅(qū)動(dòng)發(fā)射管發(fā)射出紅外線信號(hào)。紅外線被物體反射回來(lái)后，由紅外線接收管接收并送人LM324的第2腳進(jìn)行放大，放大后的信號(hào)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(gè)比較器的反相輸入端，分別與三個(gè)比較器的同相輸入端的電壓進(jìn)行比較，當(dāng)反相輸入端的電壓高于同相輸入端的電壓時(shí)，該比較器輸出低電平，使與其連接的發(fā)光二極管點(diǎn)亮。由發(fā)光二極管點(diǎn)亮的個(gè)數(shù)來(lái)指示距離的遠(yuǎn)近。

四．項(xiàng)目實(shí)施

1.紅外線倒車(chē)?yán)走_(dá)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（不可見(jiàn)光）并能輻射出去的發(fā)光器件，主要應(yīng)用于各種光電開(kāi)關(guān)及遙控發(fā)射電路中。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)體材料不同。紅外發(fā)光二極管通常使用砷化鎵（GaAs）、砷鋁化鎵（GaAlAs）等材料，采用全透明或淺藍(lán)色、黑色的樹(shù)脂封裝。

紅外接收管就是將光信號(hào)（不可見(jiàn)光）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)一般是接收、放大、解調(diào)一體頭，紅外信號(hào)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(shí)間長(zhǎng)短或信號(hào)周期上，單片機(jī)解碼時(shí)，通常將接收頭輸出腳連接到單片機(jī)的外部中斷，結(jié)合定時(shí)器判斷外部中斷間隔的時(shí)間從而獲取數(shù)據(jù)。重點(diǎn)是找到數(shù)據(jù)“0”與“1”間的波形差別。

（2）集成電路NE555            

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)用于脈沖波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制等方面。

      

  （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(gè)腳位是觸發(fā)NE555使其啟動(dòng)它的時(shí)間周期。觸發(fā)信號(hào)上緣電壓須大于2/3 Vcc，下緣須低于1/3 Vcc 。

　（3）輸出OUTPUT：當(dāng)時(shí)間周期開(kāi)始555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(shí)的最大輸出電流大約200mA 。

　（4）重置RESET：一個(gè)低邏輯電位送至這個(gè)腳位時(shí)會(huì)重置定時(shí)器和使輸出回到一個(gè)低電位，它通常被接到正電源或忽略不用。

　（5）控制CONTROL VOLTAGE：這個(gè)接腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當(dāng)計(jì)時(shí)器在振蕩的運(yùn)作方式下,這輸入能用來(lái)改變或調(diào)整輸出頻率。

　（6）重置鎖定THRESHOLD：重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當(dāng)這個(gè)接腳的電壓從1/3Vcc電壓以下移至2/3Vcc以上時(shí)啟動(dòng)這個(gè)動(dòng)作。

　（7）放電DISCHARGE：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(shí)為L(zhǎng)OW，對(duì)地為低阻抗，當(dāng)輸出為OFF時(shí)為HIGH，對(duì)地為高阻抗。

　（8）電源Vcc:這是555個(gè)計(jì)時(shí)器IC的正電源電壓端。供應(yīng)電壓的范圍是+4.5～+16。

555集成電路構(gòu)成的多諧振蕩器 ，電路的前半部分由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(guò)程，圖展示555集成塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

用555定時(shí)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首先將定時(shí)器2、6腳相接而構(gòu)成施密特形式，再通過(guò)7腳接入R1、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,在定時(shí)器的輸出端3腳得到矩形波振蕩周期為：T≈0.7(R1+2R2)C。

（3）集成運(yùn)算放大器LM324

LM324系列器件帶有差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到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(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號(hào)來(lái)表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。

LM324具有以下特點(diǎn)：短路保護(hù)輸出；真差動(dòng)輸入級(jí)；可單電源工作：3V-32V；低偏置電流：最大100mA；每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器；具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ埽还材７秶鷶U(kuò)展到負(fù)電源。

  

3．元器件清單

4．電路安裝要求

1）電路安裝、元件焊接前，先認(rèn)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(duì)應(yīng)的位置。

2）元件安裝、焊接請(qǐng)遵照從小到大，從低到高的原則來(lái)進(jìn)行。

3）電阻插裝焊接，電阻元件較多，要區(qū)別不同阻值的電阻，不要相互混淆，色環(huán)朝向保持一致，緊貼電路板插裝焊接。

4）有極性元件如電解電容，焊接前請(qǐng)先判斷極性，確認(rèn)無(wú)誤后再焊接。

5）紅外發(fā)射管、紅外接收管在焊接前請(qǐng)先判斷自身極性，確認(rèn)無(wú)誤后再焊接。

6）雙列直插式集成塊，先焊接底座，再安裝集成塊。

5.電路調(diào)試

（1）.電路安裝完成后,可用萬(wàn)用表檢測(cè)電路是否連通，有無(wú)虛焊，檢查電路安裝無(wú)誤后,接通9V電源,觀察電路有無(wú)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(guò)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)30cm時(shí)一盞燈亮，20cm時(shí)二盞燈亮，10cm時(shí)三盞燈亮。傳感器上方用白紙遮擋，對(duì)紅外波的反射效果最好。

（3）.最終的效果是當(dāng)傳感器上方遮擋物不同距離時(shí)，顯示的LED數(shù)量不同，距離越近時(shí)，發(fā)光二極管亮的越多，無(wú)遮擋物時(shí)則不亮，即模擬一簡(jiǎn)易倒車(chē)?yán)走_(dá)電路。

6.紅外線倒車(chē)?yán)走_(dá)實(shí)物圖

五.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:

      

六.仿真及其結(jié)果

   1.仿真電路圖

• 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(hào)發(fā)生器時(shí)，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(guò)多諧振蕩器電路、紅外線發(fā)射與接收電路、信號(hào)放大與電壓比較電路和發(fā)光管顯示電路，然后通過(guò)改變電位器的阻值來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)反射距離和靈敏度，使電路達(dá)到可以在一定范圍內(nèi)測(cè)量倒車(chē)距離范圍，通過(guò)仿真結(jié)果可以看出設(shè)計(jì)的電路基本上是成功的，但是仍有誤差存在，需要進(jìn)一步的改進(jìn)。

• 總結(jié)
  

    經(jīng)過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)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(shí)。學(xué)會(huì)了辨認(rèn)元器件和基本的焊接元器件，通過(guò)調(diào)試達(dá)到了本課程設(shè)計(jì)的要求效果。最后我用Multisim軟件對(duì)電路圖進(jìn)行了仿真，經(jīng)過(guò)對(duì)電路的仿真我掌握了仿真的具體方法。雖然在這次實(shí)驗(yàn)調(diào)試的過(guò)程中也遇到了一些困難，但是通過(guò)查閱相關(guān)的資料，并且跟同學(xué)和老師的討論中，基本上解決了所遇到的問(wèn)題。

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2018-10-24 22:10 上傳

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