畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)汽車倒車防撞報(bào)警器的設(shè)計(jì)30140

1、汽車倒車防撞報(bào)警器的設(shè)計(jì)汽車倒車防撞報(bào)警器的設(shè)計(jì) 摘摘 要要 分析了汽車倒車防撞系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)原理以及目前國內(nèi)外此類防撞系統(tǒng)存 在的問題，較詳細(xì)的介紹超聲波測距系統(tǒng)以及根據(jù)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理、方法和 步驟，研制的汽車倒車防撞報(bào)警器。這種報(bào)警器在汽車倒車過程中達(dá)到極限位 置的時(shí)候，能自動(dòng)檢測車尾障礙物的距離并發(fā)出聲光報(bào)警，提醒司機(jī)剎車。本 設(shè)計(jì)利用超聲波傳感器進(jìn)行信號的發(fā)射和接收，包括發(fā)射、接收以及報(bào)警電路 三個(gè)部分。超聲傳感器的主要元件是采用壓電元件鋯鈦化鉛（一般稱為 rzt） ， 具有很強(qiáng)的方向性。報(bào)警電路部分是利用聲光報(bào)警器，將信號傳遞之后，可實(shí) 現(xiàn)語音報(bào)警。本設(shè)計(jì)采用國內(nèi)生產(chǎn)廠家的通用元件

2、，成本低，性能可靠，有利 于推廣。 關(guān)鍵字：關(guān)鍵字：超聲波；汽車倒車；防撞；報(bào)警器；傳感器 design of the anticollision alarm in automobile moving backward abstract the basic designing principle of the automobile anticollision system and the problems existed in the domestic and international are analyzed. in this paper, not only ultrasonic rang

3、e metering system also principle ,methods and procedures of the design according to the design were introduced. the car back up anticollision alarm is studied. when the distance reaches the limit point, the alarm can give out sound and light alarm, reminding drivers to brake. the design includes sen

4、ding,receivingand alarm.signal is sent and received by ultrasonic transducer,which is equipped with directivity. piezoelectric element is used ,generally called rzt. in anticollision circuit, acousto-optic anticollision is applied for voice alarm. this designing adopts the common component of domest

5、ic manufacturers, with low costs, reliable performance, and it is easy to be popularized. key words: ultrasonlc carback up anticollision alarm sensor 目目 錄錄 1.緒論.1 1.1 國內(nèi)外發(fā)展的概況以及存在的問題 .1 1.2 本設(shè)計(jì)的目的 .2 1.3 研究意義 .2 2.汽車倒車防撞報(bào)警器的設(shè)計(jì)研究.2 2.1 方案比較.2 2.2 方案的擬定條件 .4 2.3 模型的建立 .5 2.4 方案的擬定 .6 2.4.1 測距報(bào)警器的電路原理框

6、圖 .6 2.4.2 工作原理 .6 2.5 設(shè)計(jì)計(jì)算的主要方法和內(nèi)容 .7 2.5.1 波動(dòng)學(xué).7 2.5.2 聲波 .8 2.5.3 超聲波傳感器 .8 2.5.4 液體和氣體中的縱波速度 .8 2.6 元件選擇 .8 2.7 實(shí)驗(yàn)安裝 .9 2.8 調(diào)試過程及方法 .11 2.9 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：.12 3.結(jié)論.12 致謝.14 參考文獻(xiàn).15 附錄.16 1.1.緒論緒論 1.11.1 國內(nèi)外發(fā)展的概況以及存在的問題國內(nèi)外發(fā)展的概況以及存在的問題 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展交通運(yùn)輸業(yè)日益興旺，汽車的數(shù)量也在大幅攀升。交 通擁擠狀況也日趨嚴(yán)重，撞車事件屢屢發(fā)生，造成了不可避免的人身傷亡和經(jīng) 濟(jì)損失，

7、針對這種情況，設(shè)計(jì)一種響應(yīng)快，可靠性高且較為經(jīng)濟(jì)的汽車防撞預(yù) 警系統(tǒng)勢在必行。 汽車倒車防撞測距報(bào)警器一般有四種：1 嘀嘀聲加閃光，2 音樂聲加閃光， 3 語音聲加閃光，4 倒車到危險(xiǎn)距離時(shí)發(fā)出警報(bào)聲的超聲波倒車報(bào)警器，由于很 多研究都采用的是特殊難購的專用元件，使其難以推廣，本設(shè)計(jì)采用國內(nèi)生產(chǎn) 的通用元件，成本較低廉，本設(shè)計(jì)使其在整個(gè)倒車過程中自動(dòng)測量車尾到最近 障礙物的距離，在倒車到極限距離時(shí)會(huì)發(fā)出急促的警告聲，提醒駕駛員注意剎 車，如果和制動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)系在一起也可以形成自動(dòng)剎車。 (1)(1) 預(yù)警時(shí)間不足預(yù)警時(shí)間不足 最大有效探測距離的問題，大多數(shù)倒車?yán)走_(dá)的最大有效探測距離：墻面小 于 2

8、.5m,行人 0.6-1.2 m。實(shí)驗(yàn)知道一些駕駛員的習(xí)慣初始倒車速度 3-12km/月 ，即 0.83-3.3 m/s,?，F(xiàn)以平均 1.5 m/s 計(jì)算，倒車?yán)走_(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)僅有 1.67 s，對行人只有 0.4-0.8 s。如此以來，等報(bào)警器報(bào)警后汽車再減速就很緊張， 明顯感到預(yù)警時(shí)間不足。 (2)(2) 反映速度遲鈍反映速度遲鈍 多數(shù)成品倒車?yán)走_(dá)的顯示速度因?yàn)榭紤]到抗干擾等因素，顯示更新的速度 約 0.2-0.4s，即在 0.2-0.4s 顯示一次距離，根據(jù)以上的推斷，從倒車?yán)走_(dá)發(fā) 現(xiàn)目標(biāo)到發(fā)出警報(bào)如果需要 3s 秒，這時(shí)車已經(jīng)行使了 0.45s，這顯然感到反應(yīng) 遲鈍。 (3)(3) 探測盲

9、區(qū)問題探測盲區(qū)問題 多數(shù)倒車?yán)走_(dá)的超聲波傳感器為 2-3 個(gè)，單個(gè)傳感器的水平探測角度約 60-70，這樣勢必造成 2-3 個(gè)盲區(qū)，如圖 1，而增加傳感器的個(gè)數(shù)不但增加成 本，而且提高報(bào)警器的故障率。另外，由于等同與水平探測角度的垂直探測角 度顯得過大，往往對粗糙地面發(fā)生誤報(bào)，如果改為探測角度為 30的傳感器不 會(huì)誤報(bào)，但是不能有效的探測約 30cm 高的路堤，造成倒車時(shí)碰到后保險(xiǎn)杠的問 題。 圖 1 三只傳感器 圖 2 兩只傳感器 1.21.2 本設(shè)計(jì)的目的本設(shè)計(jì)的目的 本設(shè)計(jì)可望成為駕駛員特別是貨車以及公共汽車駕駛員的好幫手，可有效 的減少和避免那些視野不良的大型汽車的如冷藏車、集裝箱車、

10、垃圾車、食品 車、載貨車、公共汽車等倒車交通事故，另外還特別適用于夜間輔助倒車、倒 車入庫以及進(jìn)入停車場停車到位，甚至還能防止盜賊扒車，本設(shè)計(jì)成本低廉， 性能優(yōu)良，市場前景極為廣闊，對提高我國汽車工業(yè)實(shí)際水平，具有較大的時(shí) 間意義。 1.31.3 研究意義研究意義 超聲波測距法是最常見的一種距離測距方法，應(yīng)用于汽車停車的前后左右 防撞的近距離，低速狀況，以及在汽車倒車防撞報(bào)警系統(tǒng)中，超聲波作為一種 特殊的聲波，同樣具有聲波傳輸?shù)幕疚锢硖匦哉凵洌瓷?，干涉，衍射?散射。超聲波測距即是利用其反射特性，當(dāng)車輛后退時(shí)，超聲波距離傳感器利 用超聲波檢測車輛后方的障礙物位置，并利用指示燈及蜂鳴器把車輛

11、到障礙物 的距離及位置通知駕駛?cè)藛T，起到安全的作用。 2.2.汽車倒車防撞報(bào)警器的設(shè)計(jì)研究汽車倒車防撞報(bào)警器的設(shè)計(jì)研究 2.12.1 方案比較方案比較 在現(xiàn)代測距系統(tǒng)當(dāng)中，還有以下測距方法： 1）毫米雷達(dá)測距 毫米雷達(dá)測距能夠探測多目標(biāo)，多目標(biāo)分辨力好，探測精度高，受天氣影 響小，但存在電磁干擾問題，必須防止因雷達(dá)裝置相互間以及其他通信設(shè)施的 電磁波干擾而發(fā)生誤動(dòng)作。其多用于高速公路上的防追尾碰撞。 2）攝相系統(tǒng)測距 目標(biāo)攝像系統(tǒng)模仿人體視覺原理，測量精度高，但目前價(jià)格較高，同時(shí)受 到軟件和硬件制約，成像速度角慢。 3）激光測距 由于激光測距受惡劣的天氣，汽車的激烈震動(dòng)，反射鏡表面摩損，污染等

12、 因素的影響，使反射的激光束在一定功率上探測距離比可能探測的最大距離減 少 1/2 到 1/3 損失很大，影響探測精度，所以它一般都應(yīng)用于防追尾碰撞當(dāng)中。 4）紅外測距 它主要應(yīng)用于夜間行車或在軍事上使用。 5）超聲波測距 超聲技術(shù)是一門以物理、電子、機(jī)械及材料學(xué)為基礎(chǔ)的通用技術(shù)之一。超 聲技術(shù)是通過超聲波產(chǎn)生、傳播及接收的物理過程而完成的。超聲波具有聚束、 定向及反射、透射等特性。 超聲波遙控是近距離遙控中的一種實(shí)際方法，人耳能夠聽到的聲音頻率大 約為 20hz-20khz，低于 20hz 和高于 20khz 的聲音，人耳一般都聽不到，人把 高于 20khz 的聲波稱為超聲波。它是一種機(jī)械振

13、動(dòng)波，可以在氣體 、液體和固 體中傳播，在空氣中的傳播速度為 340m/s，與光波、電磁波相比是非常緩慢的。 超聲波具有方向性，即傳播的能量比較集中，這一點(diǎn)與可聽見的聲波不同。另 外，超聲波在傳播途中若遇到不同的媒介，大部分能量會(huì)被反射。 超聲波測距的基本原理同聲納回聲定位法的原理是基本相同的，超聲波發(fā) 生器不斷發(fā)射出 40khz 超聲波，并給測量邏輯電路提供一個(gè)短脈沖。超聲波接 收器則在接受到所發(fā)射超聲波遇障礙物反射回來的反射波后，也向測量邏輯電 路提供一個(gè)短脈沖，再利用雙穩(wěn)電路把上述兩個(gè)短脈沖轉(zhuǎn)化為一個(gè)方脈沖。方 脈沖的寬度即為兩個(gè)短脈沖之間的時(shí)間間隔。測量這個(gè)方波脈沖寬度就可以確 定發(fā)射

14、器與探測物之間的距離。根據(jù)測量出輸出脈沖的寬度。即測得發(fā)射超聲 波的時(shí)間間隔，從而就可求出汽車與障礙物之間的距離s： s=1/2（ct） 2-1 式中c超聲波音速 由于超聲波也是聲波，故 c 即為音速。音速為c= 0/ 式中 氣體的絕緣體積系數(shù)（空氣為 1.4） p氣體的氣壓（海平面為 1.013*108pa） 0氣體的密度（空氣為 1.29kg/m3） 對于 1ml 空氣，質(zhì)量為m，體積為v，密度。則 c= = 2-2 0/mv / 對于理想氣體，有 pv=rt 2-3 式中 r摩爾氣體常數(shù) t絕對溫度 因此c= mv / 由于、r、m均為已知常數(shù)，故聲速c僅與溫度t有關(guān)，若溫度不變，則 聲

15、音在空氣中的速率與氣壓無關(guān)。在 0的空氣中，c0=331.45m/s。 對于任意溫度下，有ci/c0= / ,即ci=331.45/ ti273ti273 在某一地區(qū)使用，因溫度變化不大，可以認(rèn)為聲速是基本恒定不變的。 確定了聲速，只要測得超聲波信號往返的時(shí)間，即可求得距離。 2.22.2 方案的擬定條件方案的擬定條件 由于超聲波也是一種聲波，其聲速c與溫度有關(guān)，在使用時(shí)，如果溫度變 化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度 補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。聲速確定后，只要測得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距 離。這就是超聲波測距儀的機(jī)理。 其實(shí)超聲波的特性與普通聲音大致上沒有分別

16、，但為何我們要用超聲波作 測量手段？道理其實(shí)很簡單，因?yàn)樵跍y量過程中，我們會(huì)不斷地發(fā)出強(qiáng)力的聲 音訊號，試想想，若這些訊號我們是聽得到的話，就如汽車按喇叭、火車?yán)?的聲音，不斷的在身旁發(fā)生，不震耳欲聾才怪。所以只有選取人們聽不見，但 又能音量強(qiáng)力的“超聲波” ，這樣周圍的群眾才可裝聾扮啞了。 超聲波測量技術(shù)其原理很簡單，就是利用回聲的反射原理，就如在一山谷 叫一聲“你好嗎” ，不一會(huì)聽見好像有人學(xué)你的說話一樣“你.好.嗎.” 。 人們正由此點(diǎn)，開發(fā)出超聲波測量技術(shù)。像自然界中，以蝙蝠都可算為代表了， 在蝙蝠洞里既要覓食，又要用聲波測距，而要在洞內(nèi)用超聲波測距是一件很困 難的事情，很先進(jìn)的科技

17、產(chǎn)品也做不到。 在空中，當(dāng)聲音鼓動(dòng)空氣而向前傳遞訊息時(shí)，遇到大小不同、軟硬不一的 物體時(shí)，其會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)強(qiáng)弱的反射聲音，而我們以高峰值接收此反彈回來的聲 音，計(jì)算其反彈的時(shí)間差距，從而可了解前面物體與你的距離，由其反彈的強(qiáng) 弱，得知物體的大小，此為超聲波在空中測量的應(yīng)用原理，一如在機(jī)場使用的 雷達(dá)。 超聲波距離傳感器采用壓電元件鋯鈦化鉛，一般稱為 rzt，這種傳感器的 特點(diǎn)在于具有方向性，傳感器用蜂鳴器的紙盒為橢圓形，目的是使傳感器的水 平特性寬，而且垂直方向受到限制。超聲波距離傳感器是利用“回聲”現(xiàn)象制 成汽車所用的倒車聲納系統(tǒng)，倒車時(shí)想車輛后方發(fā)射超聲波，測定超聲波遇到 障礙物后返回的時(shí)間，

18、再把這一時(shí)間置換成距離再加以顯示。 超聲波比人耳能聽到的聲波頻率要高，具有方向性，并且只能檢測車輛后 方的障礙物。它的功能是判定和顯示車輛后方有無障礙物，障礙物到汽車的距 離以及障礙物的位置。當(dāng)車后無障礙物時(shí)，隨著距離的增加，超聲波逐漸衰減， 也就是說根據(jù)向車后發(fā)射的超聲波是否返回，可以判斷檢測范圍內(nèi)有無障礙物。 向車后發(fā)射的超聲波遇到障礙物返回時(shí)，測定所需的時(shí)間，根據(jù)時(shí)間與距離成 正比的關(guān)系，就可以判斷車到障礙物的距離。此外，車輛后方劃分為左中右三 個(gè)區(qū)域，就可以判斷出障礙物在何處，四個(gè)超聲波發(fā)生器置于后減震器中，微 機(jī)組件置于貨艙內(nèi)，駕駛?cè)藛T回頭時(shí)即可看到障礙物的顯示。超聲波距離傳感 器和

19、微機(jī)組件之間采用屏蔽線相連，因此消除了外部及外部傳入的干擾. 2.32.3 模型的建立模型的建立 超聲波測距儀原理簡單，制作方便，成本比較低，但其作為高速行駛車輛 上的測距傳感儀不可取，只要有兩方面的原因：一是超聲波的速度c受外界環(huán) 境變化影響較大。在不同的溫度下，聲速是不同的，在-30-30變化為 313- 349m/s，而且聲速c還隨雨、霧、雪等天氣的變化而變化，不能精確測距。二 是由于超聲波能量是與距離的平方成正比而衰減的，故距離越遠(yuǎn)，反射回的超 聲波越少，靈敏度下降很快，從而使得超聲波測距方式只適用于較短距離。 發(fā)射電路 接收電路 低頻調(diào)制器 時(shí)鐘振蕩雙穩(wěn) 計(jì)數(shù)器顯示電路 障 礙 物

20、圖 3 超聲波測距系統(tǒng) 目前國內(nèi)外一般的超聲波測距儀理想測量距離為 4 米-5 米左右，因此一般 只用汽車倒車防撞系統(tǒng)上。 發(fā)射電路在發(fā)射受低頻調(diào)制的超聲波的同時(shí)，使雙穩(wěn)電路置位，此時(shí)計(jì)數(shù) 器的閘門 e 被打開，時(shí)鐘信號開始進(jìn)入計(jì)數(shù)器，而當(dāng)接收電路接收到發(fā)射波時(shí) 雙穩(wěn)態(tài)電路復(fù)位，計(jì)數(shù)器閘門 e 被關(guān)閉，時(shí)鐘信號被切斷，數(shù)據(jù)被鎖存，然后 經(jīng)譯碼驅(qū)動(dòng)器在顯示器上顯示被鎖存的數(shù)據(jù)，假設(shè)聲速為 343m/s,則時(shí)鐘振蕩 器的頻率為 34.3khz 時(shí)，即可認(rèn)為顯示器上的讀數(shù)是目標(biāo)的距離，而事實(shí)上， 時(shí)鐘振蕩器的頻率只需要 17.15khz，因?yàn)槲覀円紤]到聲波來回的雙倍時(shí)間。 2.42.4 方案的擬定

21、方案的擬定 2.4.12.4.1 測距報(bào)警器的電路原理框圖測距報(bào)警器的電路原理框圖 本設(shè)計(jì)由發(fā)射部分、接收部分、及報(bào)警部分組成（見圖 2） 。 a.發(fā)射部分 由低頻調(diào)制器、雙穩(wěn)回路、40khz 振蕩器、功率發(fā)送器及發(fā) 射探頭等組成。40khz 振蕩器受雙穩(wěn)態(tài)賄賂控制斷續(xù)送出經(jīng)低頻調(diào)制器的信號， 經(jīng)功率放大器放大，由超聲探頭向車后發(fā)射。 b.接收部分 由接收探頭、放大電路、整形回路、雙穩(wěn)回路組成。接收探 頭接收到反射信號由放大器放大后，再送入施密特觸發(fā)器進(jìn)行整形，然后輸入 報(bào)警部分。 c.報(bào)警部分 由近距檢測、平滑電路、觸發(fā)器及聲光報(bào)警器電路組成。因 探測到的反射波信號是一組脈沖信號，將其平滑后

22、送入觸發(fā)器，一旦超過觸發(fā) 閥值報(bào)警電路就接通，發(fā)出聲光報(bào)警。 擴(kuò)展部分（虛線部分）當(dāng)電源電壓偏低時(shí)，同樣使報(bào)警電路導(dǎo)通發(fā)出聲光 報(bào)警。另外在接通電源的同時(shí)接通語言報(bào)警電路，不斷放出：倒車，請注意 “的語言報(bào)警聲。數(shù)字顯示部分（虛線部分）由時(shí)鐘振蕩器、計(jì)數(shù)器、譯碼器 及顯示器組成。時(shí)鐘振蕩器一接通電源即開始振蕩，但只有計(jì)數(shù)器的閘門打開 時(shí)，它才能進(jìn)入計(jì)數(shù)器被計(jì)數(shù)，一旦接收到反射波信號，即關(guān)閉閘門，數(shù)據(jù)被 鎖存，經(jīng)譯碼后通過顯示器顯示出來。 發(fā)射 振蕩 接收放大 低調(diào) 濾波雙穩(wěn) 平滑 計(jì)數(shù)器時(shí)鐘振蕩 譯碼顯示 觸發(fā) 穩(wěn)壓 生光報(bào)警 障 礙 物 電壓監(jiān)視 平滑 語音報(bào)警電源 圖 4 汽車倒車防撞測距

23、報(bào)警器原理 2.4.22.4.2 工作原理工作原理 接通電源,40khz 振蕩器受雙穩(wěn)回路控制，置位時(shí)開始振蕩，同時(shí)受低頻調(diào) 制器調(diào)制，雙穩(wěn)電路即復(fù)位，40khz 振蕩器停振，其間產(chǎn)生的經(jīng)調(diào)制的超聲波 信號經(jīng)功率放大器放大后，通過發(fā)射探頭向空中輻射，遇到障礙物即反射回來 （按照反射角=入射角原則） 。接收探頭接收到反射信號后即將此信號放大，然 后送入施密特觸發(fā)器進(jìn)行整形，使其成標(biāo)準(zhǔn)的觸發(fā)脈沖信號再送入另一雙穩(wěn)電 路，此雙穩(wěn)電路在發(fā)射信號的同時(shí)被置位.(同時(shí)打開了計(jì)數(shù)器的閘門，使時(shí)鐘 振蕩器信號得以進(jìn)入計(jì)數(shù)器，當(dāng)接收到反射波信號后，此雙穩(wěn)電路復(fù)位，計(jì)數(shù) 器閘門關(guān)閉，時(shí)鐘脈沖被禁止輸入，鎖存器將進(jìn)

24、入計(jì)數(shù)器的脈沖個(gè)數(shù)鎖存，并 經(jīng)譯碼通過 led 顯示器顯示出來.)此時(shí)即完成了一次測距過程，此過程能自動(dòng) 重復(fù)進(jìn)行，重復(fù)頻率受低頻調(diào)制器頻率控制，約幾 khz。 另外，為了使儀器具有近距報(bào)警功能，特增設(shè)了近距 rc 平滑電路及觸發(fā)器， 由 rc 電路將反射波脈沖進(jìn)行平滑，送入一觸發(fā)器，一旦達(dá)到觸發(fā)電平閥值，即 使報(bào)警電路導(dǎo)通，發(fā)出聲光報(bào)警。 至此，本設(shè)計(jì)的各功能均是為駕駛員了解車后情況設(shè)置的，為了使車后的 行人也同時(shí)知道汽車在倒車，及時(shí)躲避. 2.52.5 基本概念理論基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)計(jì)算的主要方法和內(nèi)容基本概念理論基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)計(jì)算的主要方法和內(nèi)容 2.5.12.5.1 波動(dòng)學(xué)波動(dòng)學(xué) a.簡諧振動(dòng) 定

25、義：如果一個(gè)質(zhì)點(diǎn)眼固定直線通過平衡位置往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其對平衡的位移 x隨時(shí)間t的變化可以表示為正弦或余弦函數(shù) x=acos（wt+a） 2-4 全振動(dòng)-周而復(fù)始的一次循環(huán) t-做一次全振動(dòng)的時(shí)間間隔 因?yàn)閤=acos（t+a）=acos（t+t）+a=acos（t+a+2） 所以稱為振動(dòng)的角頻率或圓頻率 f=1/t=2/ 2-5 a最大位移 a初相位 b.兩個(gè)不同頻率平行的簡諧振動(dòng)的合成（振動(dòng)方向相同） x1=acos（1t+a） x2=acos（2t+a） 2- 6 那么合成振動(dòng)為:x =acos（1t+a）+acos（2t+a） =2acos（2-1）t/2cos（2+1）t/2 2-7 由上

26、式可知：當(dāng) 1與 2非常接近時(shí)，這時(shí)公式的第一項(xiàng)表示一個(gè)變化緩 慢的簡諧振動(dòng)，兩者的合成表示一個(gè)高頻振動(dòng)受一個(gè)低頻振動(dòng)的調(diào)制，稱為拍。 2.5.22.5.2 聲波聲波 物體的振動(dòng)通過空氣的振動(dòng)進(jìn)入人耳 聲音的范圍：3003.4khz 寬帶為 4khz 聲速：u=342m/s （受溫度影響 t=273+t） 公式：u=（rrt/m）1/2 m氣體摩爾質(zhì)量 r摩爾氣體常數(shù) r氣體摩爾熱容比 t273+t 2.5.32.5.3 超聲波傳感器超聲波傳感器 原理：發(fā)射發(fā)射器中壓電陶瓷和諧振片組成的振子，當(dāng)交變電信號從 引線加到發(fā)射器中，振子彎曲振動(dòng)，驅(qū)動(dòng)錐形口發(fā)出超聲波。 2.5.2.5.4 4 液體和

27、氣體中的縱波速度液體和氣體中的縱波速度 u=（/p）1/2 2-8 流體容量變彈性 p流體或氣體的密度 的意義：在壓強(qiáng) p，體積為 v壓強(qiáng) p+p，v+v， 那么dp=dv/v。 稀薄大氣中的聲速： 絕熱過程：振動(dòng)非常快，熱量來不及傳開 u=（rp/p）1/2 2-9 2.62.6 元件選擇清單元件選擇清單 型號名稱數(shù)量備注 ma40eis 超聲波發(fā)射器 1 ma40eir 超聲波接收器 1 cx20106 紅外線接收模塊 1 單列，八腳 cd40106 六施密特觸發(fā)器 1 cd4013 雙 d 觸發(fā)器 1 ne555 定時(shí)器 2 led 發(fā)光二極管 1 ca3410 運(yùn)算放大器 1 揚(yáng)聲器

28、1 2n4181 二極管 2 電阻4.7，240，620 ，300，100，47k ，22k，10k（3） ， 180k，200k，30k， 8.2k 電位器22k，10k 電容0.1f（3） ， 1000pf，0.01f（4） ， 330pf，250pf， 電解電容1f（1）, 47f, 100f, 2.3f 表 1 元件清單 具體器件參數(shù)見附錄。 2.72.7 實(shí)驗(yàn)安裝實(shí)驗(yàn)安裝 在實(shí)驗(yàn)初期，把電路元件安裝在數(shù)字實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，40khz 超聲 波發(fā)射電路是實(shí)驗(yàn)最主要的一部分，只有調(diào)制出這個(gè) 40khz 超聲波才可以做后 續(xù)實(shí)驗(yàn)，超聲波的發(fā)射電路見圖 5： 圖 5 40hz 超聲波發(fā)射

29、電路 在實(shí)驗(yàn)的過程中，電阻 r5的大小影響輸出波形的范圍：當(dāng) r5 為 47k 時(shí)， 頻率從 10.868khz-26.050khz; 改變到 8.2 k 時(shí)，調(diào)節(jié)范圍增大到 21.243 khz -70.183 khz，改變滑動(dòng)觸頭則可調(diào)到 40khz，波形見圖 6： 圖 6 發(fā)射信號波形（f=40.124khz） 實(shí)驗(yàn)箱上模擬在示波器上顯示出如上信號的方波，然后將后續(xù)接受電路安 裝上，進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)，低頻調(diào)制信號見圖 7： 圖 7 低頻調(diào)制信號波形（f=4.96 khz ） 由 cd40106 的 4 引腳出來的信號見圖 8： 圖 8 cd40106 的 4 引腳出來信號波形（f=4.5

30、khz ） cd4013 的一腳出來信號見圖 9： 圖 9 cd4013 的一腳出來信號波形（f=4.65 khz ） 報(bào)警部分的電路圖如圖報(bào)警部分的電路圖如圖 1010： 圖 10 聲光報(bào)警器的電路 2.82.8 調(diào)試過程及方法調(diào)試過程及方法 實(shí)驗(yàn)焊接完畢后就應(yīng)該根據(jù)設(shè)計(jì)線路圖進(jìn)行調(diào)試，以便檢測其實(shí)際的性能。 調(diào)試過程是利用符合指標(biāo)要求的各種電子測量儀器，對安裝好的電路或電 子裝置進(jìn)行調(diào)整和測量，以保證電路或裝置正常工作。因此調(diào)試必須按一定的 方法和步驟進(jìn)行。 不通電檢查電路安裝。認(rèn)真檢查接線是否正確，如多線，少線或錯(cuò)線，尤 其是電源線不能接錯(cuò)或接反。查線方法：按照設(shè)計(jì)電路接線圖檢查安裝電路

31、， 在安裝好的電路中按電路圖一一對照檢查連線，在檢查中要對已經(jīng)檢查過的連 線做標(biāo)記，使用萬用表對檢查連線很有幫助。 直觀檢查電源，地線，信號線，元器件接線端之間有無短路，聯(lián)線處有無 接觸不良，有極性元器件引線短有無接錯(cuò)，反接等，集成塊是否插對。 通電觀察。把經(jīng)過準(zhǔn)確測量的電源電壓加入電路，但暫不接入信號源信號。 電源接通后，首先觀察有無異?，F(xiàn)象，包括有無冒煙，異常氣味。觸摸元件是 否發(fā)燙，電源是否短路等。如果出現(xiàn)異常，應(yīng)立即切斷電源，排除故障后，才 可重新通電。 調(diào)試過程中，不但要認(rèn)真觀察和測量，還要認(rèn)真記錄。包括記錄觀察的現(xiàn) 象，測量的數(shù)據(jù)，波形及相位關(guān)系。必要時(shí)在記錄中應(yīng)附加說明，尤其是那

32、些 和設(shè)計(jì)不符的現(xiàn)象更是記錄的重點(diǎn)。依據(jù)記錄的數(shù)據(jù)才能把實(shí)際觀察到的現(xiàn)象 和理論預(yù)見的結(jié)果加以定量比較，從中發(fā)現(xiàn)問題，加以改進(jìn)，最終完善設(shè)計(jì)方 案。通過收集第一手資料，可以幫助自己積累實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，切不可低估記錄的重 要作用。 2.92.9 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：實(shí)驗(yàn)結(jié)果： 數(shù)據(jù)記錄分析處理 連續(xù)測量十次數(shù)據(jù)分別是： l1=2.1m，l2=1.9m，l3=2.0m，l4=1.8m，l5=1.9m，l6=2.1m，l7=2.3m，l8=2.1m ，l9=2.3m，l10=2.2m。 求其平均數(shù)數(shù)為：=2.07 ml l1=0.03m，l2=-0.17m，l3=-0.07m，l4=-0.27m，l5=- 0.17

33、m，l6=0.03m，l7=0.23m，l8=0.03m，l9=0.23m，l10=0.17m。 方差：s2(l)= 2=0.03 110 1 )(ll 均方差s2 （）= s2(l)/10=0.003l 3.3.結(jié)論結(jié)論 在分析了汽車倒車防撞系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)原理以及目前國內(nèi)外此類防撞系統(tǒng) 存在的問題后，詳細(xì)的介紹了超聲波測距系統(tǒng)以及根據(jù)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理、方 法和步驟，研制的汽車倒車防撞報(bào)警器。 本文設(shè)計(jì)的汽車倒車防撞報(bào)警器吸取了國內(nèi)外各種報(bào)警器結(jié)構(gòu)簡單、性能 優(yōu)良、造價(jià)低廉等部分特點(diǎn)，并結(jié)合汽車電子工業(yè)發(fā)展方向而設(shè)計(jì)的，它具有 以下功能： a.倒車時(shí)能自動(dòng)測出車尾與最近障礙物間的距離。 b.倒

34、車至極限安全距離 2 米時(shí)，發(fā)出報(bào)警聲提醒駕駛員注意剎車。 c.在倒車過程中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警。 但由于實(shí)驗(yàn)時(shí)間短暫和某些芯片的原因，實(shí)驗(yàn)結(jié)果不是很理想，報(bào)警距離 有所增加，在 2 米左右的時(shí)候就開始報(bào)警，而且距離越進(jìn)則聲音越急促，響聲 不連續(xù)，實(shí)時(shí)報(bào)警未能實(shí)現(xiàn)。 方案的補(bǔ)充、擴(kuò)展 a.如果將報(bào)警器加以改進(jìn)發(fā)展，使其可以在倒車時(shí)能重復(fù)發(fā)出“倒車，請 注意”的語言警告聲提醒行人注意。 b.在聲光報(bào)警之后再加上一個(gè)報(bào)警電路， 隨時(shí)監(jiān)測蓄電池電壓，當(dāng)電壓低 于 11.2v 時(shí)，發(fā)出聲光警告聲提醒駕駛員注意充電，以保證儀器及汽車能正常 工作。 c.加入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)倒車過程中，駕駛員不回頭便可看到

35、車后 情況。 致謝致謝 本論文是在指導(dǎo)老師洪新華教授的精心指導(dǎo)下完成的，他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、 勤勉的工作精神以及開闊的視野，對我產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。洪老師為我提供了 很多資料，從論文選題、方案設(shè)計(jì)到具體實(shí)施，他都給予我有益的啟迪和悉心 的指導(dǎo)，提出了許多有益的和關(guān)鍵的意見，創(chuàng)造了良好的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)環(huán)境。不 僅使課題能順利完成，而且使我在學(xué)習(xí)過程中進(jìn)一步加深了對知識的理解和靈 活運(yùn)用，在日后工作和學(xué)習(xí)中將受益終身。在此，向洪老師表示最衷心的感謝！ 此外，我還要對在這次設(shè)計(jì)中，幫助和支持我的同學(xué)，表示感謝！ 最后，謹(jǐn)向我在大學(xué)四年學(xué)習(xí)和生活期間熱誠幫助和指導(dǎo)過我的各位老師和同 學(xué)致以誠摯的謝意。 參考文

36、獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1 丁鎮(zhèn)生.傳感器及遙測技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社，1998 2 趙繼文.傳感器的應(yīng)用及電路設(shè)計(jì).北京：科學(xué)出版社，1997 3 李東江,宋良玉.現(xiàn)代汽車用傳感器檢修技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1999 4 何希才.集成電路及其應(yīng)用實(shí)例.北京：科學(xué)出版社,1998 5 戴卓.汽車電子控制裝置.北京：北京理工大學(xué)出版社,2000 6 高國恒.汽車檢測診斷方法.北京：人民交通出版社,1998 7 劉衡.實(shí)用現(xiàn)代汽車電器.北京：電子工業(yè)出版社,1999 8相田、泰志（日）.龐振東譯.cmos 器件手冊.北京：清華出版社,1997 9 leonard s bobrow .elementar

37、y linear circuit analysis second edition. 北京:電子工業(yè)大學(xué)出版社,2000 附錄附錄 集成電路芯片及電路元件的介紹集成電路芯片及電路元件的介紹 1 1cx20106cx20106 1.11.1 元件參數(shù)元件參數(shù) 單列 8 腳封裝,電源電壓=17v,輸入電壓=5vp-p,低電平輸出電壓=0.2v,電源 增益=79db,靜態(tài)工作電流=1.8ma,功耗=0.6w,工作溫度=-2075,貯存溫=- 55150 1.21.2 cx20106acx20106a 其引腳功能如下其引腳功能如下： 1)信號輸入端 2)調(diào)整預(yù)放大器增益及頻率特性 3)連接檢波電容 4)

38、接地 5)調(diào)整中心頻率 6)連接噪聲濾波電容器 7)信號輸出 8)電源電壓 外形如圖 10： 圖 10 cx20106a 管腳 單列直插 8 腳或圓筒 8 腳封裝，電源電壓2-18v，開環(huán)電壓 100db，輸 入偏置電流 5pa，轉(zhuǎn)換速率 9v，輸出電壓 13 v。 2.2.超聲波傳感器超聲波傳感器 2.12.1 ma40eis/eirma40eis/eir 超聲波發(fā)射超聲波發(fā)射/ /接收傳感器接收傳感器 超聲波是一種彈性介質(zhì)種的機(jī)械振蕩，它兩種形式；橫向振蕩波和縱向振 蕩波。超聲波可以在氣體，液體，固體物質(zhì)中傳播，但是其傳播速度不同。它 也有折射，反射現(xiàn)象，且在傳播過程中椰油衰減，在氣體中傳

39、播時(shí)衰減快，傳 播距離近；在液體固體中傳播衰減慢，傳播距離遠(yuǎn)。常見在空氣中的傳播頻率 為幾十千赫茲，而在液體和固體中傳播頻率相對較高。由于超聲波具有功率大， 穿透力強(qiáng)，傳播定向性好等優(yōu)點(diǎn)，因此可以應(yīng)用于很對領(lǐng)域，可實(shí)現(xiàn)加熱，清 洗，霧化，測距，遙控許多功能，利用超聲波的的特點(diǎn)，可以做成各種超聲波 傳感器. 2.22.2 外形電路符號以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)外形電路符號以及內(nèi)部結(jié)構(gòu) 外形 y1 t40 符號 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 9 超聲波傳感器外形、符號、內(nèi)部結(jié)構(gòu) （1、2 為雙壓電晶片振子，3、4 為兩極，5 為圓錐共振板） 2.32.3 電氣參數(shù)電氣參數(shù) 參數(shù)名稱參數(shù)值 工作中心頻率 40khz1 khz 聲

40、壓電平(距離 30cm,輸入電壓 10v)在中心頻率時(shí)大于 106db 帶寬（ma40eis）在 100db 時(shí)大于 1.5 khz 帶寬（ma40eir）在-80db 時(shí)大于 2.0 khz 靈敏度（ma40eis）大于 100db 靈敏度（ma40eir） -74db 電容（pf） （220020）%（在 1 khz 時(shí)） 發(fā)送器最大輸入 20v接收器接收角度約為 60 溫度特性-30+80 范圍內(nèi)靈敏度變化在-10db 以內(nèi) 表 2 電氣參數(shù)和特性 2.42.4 工作原理及應(yīng)用工作原理及應(yīng)用 當(dāng)施加與超聲波傳感器兩極上 40khz 的振蕩脈沖時(shí)，發(fā)射器的工作腔內(nèi)發(fā) 生振蕩效應(yīng),產(chǎn)生 40

41、khz 的超聲波振蕩機(jī)械波向空中輻射，接收傳感器回收到 40khz 的超聲波振蕩波時(shí)，接收器中的諧振腔和外部 40khz 的超聲波發(fā)生共振， 將超聲波轉(zhuǎn)換成電信號去控制電子電路工作，從而達(dá)到遙控目的。由于超聲波 換能器收發(fā)信號均是 40khz 頻率，所以只有 40khz 的超聲波產(chǎn)生即可被接收器 接收。 此類遙控接收器基本工作應(yīng)用電路類型分為三種： a 直射型，應(yīng)用于遙測以及報(bào)警電路 b 分離反射型，主要應(yīng)用于測距，料位測量電路 c 反射型，應(yīng)用于材料的探傷，測厚電路 3.cd40133.cd4013 3.13.1 基本工作方式基本工作方式 cd4013 是 cmos 雙 d 觸發(fā)器，其管腳排列如圖，內(nèi)部有兩個(gè)完全相同的 d 觸發(fā)器 ff1 和 ff2。d 為輸入端，cp 為時(shí)鐘脈沖輸入端，q 和 q 為互補(bǔ)的輸出 端，s 為置位端，r 復(fù)位，vdd和 vss分別為電源正負(fù)端。功能表如下，有表可 見，當(dāng) r=s=0 時(shí)，在 cp 上升沿作用下，q 與 d 狀態(tài)相同。也就是將 d 端數(shù)據(jù)置 入觸發(fā)器，當(dāng) r=s=1 時(shí)，q=1；r=1，s=0 時(shí)，q=0 稱為直接置 1，和直接 0，無 需 cp 和 d 配合。 cpdrsqn+1 0100 1000 x00qn xx100 xx011 表 3 cd4013 功能表 圖 11 cd4013 管