NE555+運放LM324等數(shù)字電路構成的紅外倒車雷達設計文檔

一.設計目標

1．了解紅外線倒車雷達的工作原理。

2．學會識讀紅外線倒車雷達電路原理圖、安裝圖。

3．掌握紅外線倒車雷達電路安裝及焊接。

4．掌握紅外線倒車雷達測量和調試技能。

5.學會用Multisim軟件仿真電路。

二.項目介紹

    本紅外線倒車雷達測距具有電路結構簡單、成本低、電路工作穩(wěn)定的特點，廣泛應用于各種測距場合。紅外線倒車雷達電路由多諧振蕩器電路、紅外線發(fā)射與接收電路、信號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和運放LM324。NE555構成多諧振振蕩電路發(fā)射紅外波信號，LM324主要用來放大紅外接收信號和構成電壓比較器電路，發(fā)光二極管用來指示倒車距離范圍。

三.電路原理簡要分析

    NE555及外圍元件組成多諧振蕩器電路，產(chǎn)生驅動紅外線發(fā)射管工作的震蕩電壓，驅動發(fā)射管發(fā)射出紅外線信號。紅外線被物體反射回來后，由紅外線接收管接收并送人LM324的第2腳進行放大，放大后的信號經(jīng)U2的第一腳輸出，經(jīng)C3耦合、D1和C2整流濾波后送至U2的三個比較器的反相輸入端，分別與三個比較器的同相輸入端的電壓進行比較，當反相輸入端的電壓高于同相輸入端的電壓時，該比較器輸出低電平，使與其連接的發(fā)光二極管點亮。由發(fā)光二極管點亮的個數(shù)來指示距離的遠近。

四．項目實施

1.紅外線倒車雷達電路原理圖

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換成近紅外光（不可見光）并能輻射出去的發(fā)光器件，主要應用于各種光電開關及遙控發(fā)射電路中。紅外線發(fā)射管的結構、原理與普通發(fā)光二極管相近，只是使用的半導體材料不同。紅外發(fā)光二極管通常使用砷化鎵（GaAs）、砷鋁化鎵（GaAlAs）等材料，采用全透明或淺藍色、黑色的樹脂封裝。

紅外接收管就是將光信號（不可見光）轉換成電信號一般是接收、放大、解調一體頭，紅外信號經(jīng)接收管解調后，數(shù)據(jù) “0”和“1”的區(qū)別通常體現(xiàn)在高低電平的時間長短或信號周期上，單片機解碼時，通常將接收頭輸出腳連接到單片機的外部中斷，結合定時器判斷外部中斷間隔的時間從而獲取數(shù)據(jù)。重點是找到數(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集成塊被廣泛應用于脈沖波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制等方面。

      

  （1）接地GND：地線，通常被連接到電路共同接地。

�。�2）觸發(fā)TRIGGER：這個腳位是觸發(fā)NE555使其啟動它的時間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于2/3 Vcc，下緣須低于1/3 Vcc 。

�。�3）輸出OUTPUT：當時間周期開始555的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結束輸出回到O伏左右的低電位。于高電位時的最大輸出電流大約200mA 。

�。�4）重置RESET：一個低邏輯電位送至這個腳位時會重置定時器和使輸出回到一個低電位，它通常被接到正電源或忽略不用。

　（5）控制CONTROL VOLTAGE：這個接腳準許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當計時器在振蕩的運作方式下,這輸入能用來改變或調整輸出頻率。

�。�6）重置鎖定THRESHOLD：重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當這個接腳的電壓從1/3Vcc電壓以下移至2/3Vcc以上時啟動這個動作。

�。�7）放電DISCHARGE：和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當輸出為ON時為LOW，對地為低阻抗，當輸出為OFF時為HIGH，對地為高阻抗。

�。�8）電源Vcc:這是555個計時器IC的正電源電壓端。供應電壓的范圍是+4.5～+16。

555集成電路構成的多諧振蕩器 ，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程，圖展示555集成塊內部結構圖。

用555定時器構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首先將定時器2、6腳相接而構成施密特形式，再通過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（集成塊內部，充放電電壓uc的閥值電平為2/3VCC和1/3VCC,在定時器的輸出端3腳得到矩形波振蕩周期為：T≈0.7(R1+2R2)C。

（3）集成運算放大器LM324

LM324系列器件帶有差動輸入的四運算放大器。與單電源應用場合的標準運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。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電源，因而消除了在許多應用場合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運算放大器可用圖1所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。

LM324具有以下特點：短路保護輸出；真差動輸入級；可單電源工作：3V-32V；低偏置電流：最大100mA；每封裝含四個運算放大器；具有內部補償?shù)墓δ�；共模范圍擴展到負電源。

  

3．元器件清單

4．電路安裝要求

1）電路安裝、元件焊接前，先認真分析原理圖和元器件，找到相關元器件在電路板上一一對應的位置。

2）元件安裝、焊接請遵照從小到大，從低到高的原則來進行。

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，焊接前請先判斷極性，確認無誤后再焊接。

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

6）雙列直插式集成塊，先焊接底座，再安裝集成塊。

5.電路調試

（1）.電路安裝完成后,可用萬用表檢測電路是否連通，有無虛焊，檢查電路安裝無誤后,接通9V電源,觀察電路有無異樣(如元件發(fā)熱等)。如果正常,使用調試工具調整電路相關元件。

（2）.Rp1調節(jié)反射距離，Rp2調節(jié)靈敏度，建議通過調節(jié)實現(xiàn)30cm時一盞燈亮，20cm時二盞燈亮，10cm時三盞燈亮。傳感器上方用白紙遮擋，對紅外波的反射效果最好。

（3）.最終的效果是當傳感器上方遮擋物不同距離時，顯示的LED數(shù)量不同，距離越近時，發(fā)光二極管亮的越多，無遮擋物時則不亮，即模擬一簡易倒車雷達電路。

6.紅外線倒車雷達實物圖

五.實驗現(xiàn)象:

      

六.仿真及其結果

   1.仿真電路圖

• 仿真結果及其分析
  

一盞燈亮         兩盞燈亮

                   \

                        三盞燈亮

仿真結果分析：當調節(jié)信號發(fā)生器時，仿真結果為一盞led燈亮、兩盞led燈亮、三盞led燈亮。直流電壓通過多諧振蕩器電路、紅外線發(fā)射與接收電路、信號放大與電壓比較電路和發(fā)光管顯示電路，然后通過改變電位器的阻值來達到調節(jié)反射距離和靈敏度，使電路達到可以在一定范圍內測量倒車距離范圍，通過仿真結果可以看出設計的電路基本上是成功的，但是仍有誤差存在，需要進一步的改進。

• 總結
  

    經(jīng)過這次的課程設計我收獲了很多，也學習到了很多有關專業(yè)方面的知識。學會了辨認元器件和基本的焊接元器件，通過調試達到了本課程設計的要求效果。最后我用Multisim軟件對電路圖進行了仿真，經(jīng)過對電路的仿真我掌握了仿真的具體方法。雖然在這次實驗調試的過程中也遇到了一些困難，但是通過查閱相關的資料，并且跟同學和老師的討論中，基本上解決了所遇到的問題。

紅外線倒車雷達.doc (4.02 MB, 下載次數(shù): 127)

2018-10-24 22:10 上傳

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