汽車(chē)倒車(chē)防撞報(bào)警器的設(shè)計(jì)1分解

1、摘要分析了汽車(chē)倒車(chē)防撞系統(tǒng)的根本設(shè)計(jì)原理以及目前國(guó)內(nèi)外此類(lèi)防撞系統(tǒng)存在的問(wèn)題，較詳細(xì)的介紹超聲波測(cè)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(chē)倒車(chē)防撞報(bào)警器。這種報(bào)警器在汽車(chē)倒車(chē)過(guò)程中到達(dá)極限位置的時(shí)候，能自動(dòng)檢測(cè)車(chē)尾障 礙物的距離并發(fā)出聲光報(bào)警，提醒司機(jī)剎車(chē)。本設(shè)計(jì)利用超聲波傳感器進(jìn)展信號(hào)的發(fā)射和接收，包括發(fā)射、接收以及報(bào)警電路三個(gè)局部。超聲傳感器的主要元 件是采用壓電元件鋯鈦化鉛一般稱(chēng)為RZT，具有很強(qiáng)的方向性。報(bào)警電路局部 是利用聲光報(bào)警器，將信號(hào)傳遞之后，可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音報(bào)警。本設(shè)計(jì)采用國(guó)內(nèi)生產(chǎn) 廠家的通用元件，本錢(qián)低，性能可靠，有利于推廣。關(guān)鍵字：超聲波；汽車(chē)倒車(chē) ；防撞；報(bào)警器

2、；傳感器 1.系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)1.1 概述隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的開(kāi)展交通運(yùn)輸業(yè)日益興旺，汽車(chē)的數(shù)量也在大幅攀升。交通擁擠狀況也日趨嚴(yán)重，撞車(chē)事件屢屢發(fā)生，造成了不可防止的人身傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，針對(duì)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(chē)防撞預(yù)警系統(tǒng)勢(shì)在必行。 汽車(chē)倒車(chē)防撞測(cè)距報(bào)警器一般有四種：1嘀嘀聲加閃光，2音樂(lè)聲加閃光，3語(yǔ)音聲加閃光 ，4倒車(chē)到危險(xiǎn)距離時(shí)發(fā)出警報(bào)聲的超聲波倒車(chē)報(bào)警器，由于很多研究都采用 的是特殊難購(gòu)的專(zhuān)用元件，使其難以推廣，本設(shè)計(jì)采用國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的通用元件，本錢(qián)較低廉，本設(shè)計(jì)使其在整個(gè)倒車(chē)過(guò)程中自動(dòng)測(cè)量車(chē)尾到最近障礙物的距離， 在倒車(chē)到極限距離時(shí)會(huì)發(fā)出急促的警告聲，提醒駕駛員注

3、意剎車(chē)，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(chē)。(1) 預(yù)警時(shí)間 缺乏最大有效探 測(cè)距離的問(wèn)題，大多數(shù)倒車(chē)?yán)走_(dá)的最大有效探測(cè)距離：墻面小于-1.2 m。實(shí)驗(yàn)知道一些駕駛員的習(xí)慣初始倒車(chē)速度3-12km-3.3 m/s, 。現(xiàn)以平均1.5 m/s計(jì)算，倒車(chē)?yán)走_(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)僅有1.67 s，對(duì)行人只有0.4-0. 8 s。如此以來(lái)，等報(bào)警器報(bào)警后汽車(chē)再減速就很緊張，明顯感到預(yù)警時(shí)間缺乏。(2) 反映速度遲鈍 多數(shù)成品倒車(chē)?yán)?達(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(chē)?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(chē)已

4、經(jīng)行使了0.45s，這顯然感到反響遲鈍。 (3) 探測(cè)盲區(qū)問(wèn)題 多數(shù)倒車(chē)?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(cè)角度約60-70 ，這樣勢(shì)必造成2-3個(gè)盲區(qū)，如圖1，而增加傳感器的個(gè)數(shù)不但增加本錢(qián)，而 且提高報(bào)警器的故障率。另外，由于等同與水平探測(cè)角度的垂直探測(cè)角度顯得過(guò)大，往往對(duì)粗糙地面發(fā)生誤報(bào)，如果改為探測(cè)角度為30的傳感器不會(huì)誤報(bào) ，但是不能有效的探測(cè)約30cm高的路堤，造成倒車(chē)時(shí)碰到后保險(xiǎn)杠的問(wèn)題。 圖1三只傳感器 圖2 兩只傳感器1.2 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(chē)以及公共汽車(chē)駕駛員的好幫手，可有效的減少 和防止那些視野不良的大型汽車(chē)的如冷藏車(chē)、集裝箱車(chē)、

5、垃圾車(chē)、食品車(chē)、載貨車(chē)、公共汽車(chē)等倒車(chē)交通事故，另外還特別適用于夜間輔助倒車(chē)、倒車(chē)入庫(kù)以 及進(jìn)入停車(chē)場(chǎng)停車(chē)到位，甚至還能防止盜賊扒車(chē)，本設(shè)計(jì)本錢(qián)低廉，性能優(yōu)良， 市場(chǎng)前景極為廣闊，對(duì)提高我國(guó)汽車(chē)工業(yè)實(shí)際水平，具有較大的時(shí)間意義。 1.3 研究意義超 聲波測(cè)距法是最常見(jiàn)的一種距離測(cè)距方法，應(yīng)用于汽車(chē)停車(chē)的前后左右防撞的 近距離，低速狀況，以及在汽車(chē)倒車(chē)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)母疚锢硖匦哉凵洌瓷?，干預(yù)，衍射，散射。超 聲波測(cè)距即是利用其反射特性，當(dāng)車(chē)輛后退時(shí)，超聲波距離傳感器利用超聲波 檢測(cè)車(chē)輛前方的障礙物位置，并利用指示燈及蜂鳴器把車(chē)輛到障礙物的距離及 位

6、置通知駕駛?cè)藛T，起到平安的作用。2.工作原 理方案比 較 在現(xiàn)代 測(cè)距系統(tǒng)當(dāng)中，還有以下測(cè)距方法：1毫米雷達(dá)測(cè)距毫米雷 達(dá)測(cè)距能夠探測(cè)多目標(biāo)，多目標(biāo)分辨力好，探測(cè)精度高，受天氣影響小，但存在 電磁干擾問(wèn)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(cè)距目標(biāo)攝像系 統(tǒng)模仿人體視覺(jué)原理，測(cè)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(cè)距由于激光測(cè) 距受惡劣的天氣，汽車(chē)的劇烈震動(dòng)，反射鏡外表摩損，污染等因素的影響，使反 射的激光束在一定功率上探測(cè)距離比可能探測(cè)的最大距離減少1/2到1/3損失 很大，影響

7、探測(cè)精度，所以它一般都應(yīng)用于防追尾碰撞當(dāng)中。4紅外測(cè)距 它主要應(yīng)用于夜間行車(chē)或在軍事上使用。5超聲波測(cè) 距 超聲技術(shù)是一 門(mén)以物理、電子、機(jī)械及材料學(xué)為根底的通用技術(shù)之一。超聲技術(shù)是通過(guò)超聲 波產(chǎn)生、傳播及接收的物理過(guò)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(tīng)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(tīng)不到，人把高于20kHz的聲波稱(chēng)為 超聲波。它是一種機(jī)械振動(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

8、的能量比擬集中，這一點(diǎn)與可聽(tīng)見(jiàn)的聲波不同。另外，超聲波在傳播途中 假設(shè)遇到不同的媒介，大局部能量會(huì)被反射。超聲波測(cè)距的根本 原理同聲納回聲定位法的原理是根本一樣的，超聲波發(fā)生器不斷發(fā)射出40kHz 超聲波，并給測(cè)量邏輯電路提供一個(gè)短脈沖。超聲波接收器那么在承受到所發(fā)射超聲波遇障礙物反射回來(lái)的反射波后，也向測(cè)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(cè)量這個(gè)方波脈沖寬度就可以確定發(fā)射器與探測(cè)物之間的距 離。根據(jù)測(cè)量出輸出脈沖的寬度。即測(cè)得發(fā)射超聲波的時(shí)間間隔，從而就可求 出汽車(chē)與障礙物之間的距離S：S=1/2Ct 2-

9、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=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/m3 對(duì)于1ml空氣，質(zhì)量為 m，體積為V，密度。那么 C= = 2-2對(duì)于理想氣體，有 PV=RT 2-3 式中 R摩爾氣體常數(shù) T絕對(duì)溫度因此C=由于、R、m均為常數(shù)，故聲速C僅與溫度T有關(guān)，假設(shè)溫度不變，那么聲音 在空氣中的速率與氣壓無(wú)關(guān)。在0的空氣中，C0=/s。對(duì)于任意溫度下，有Ci/C0= / ,即Ci/在某一地區(qū)使用，因溫度變化不大，可以認(rèn)為聲速是根本恒定不變的。確定了聲速，只要測(cè)得超聲波信號(hào)往返的時(shí)間，即可求

10、得距離。2.2 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，那么可認(rèn)為聲速是根本不變的。如果測(cè)距精度要求很高，那么應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。聲速確定后，只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。這就是超聲波測(cè)距儀的機(jī)理。其實(shí)超聲波的特性與普通聲音大致上沒(méi)有分別，但為何我們要用超聲波作測(cè)量手段？道理其實(shí)很簡(jiǎn)單，因?yàn)樵跍y(cè)量過(guò)程中，我們會(huì)不斷地發(fā)出強(qiáng)力的聲音訊號(hào)，試想想，假設(shè)這些訊號(hào)我們是聽(tīng)得到的話，就如汽車(chē)按喇叭、火車(chē)?yán)训穆曇?，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(tīng)不見(jiàn)，但又能音量強(qiáng)力的“超聲波，這樣周?chē)娜罕姴趴裳b聾扮啞了。超聲波測(cè)量技

11、術(shù)其原理很簡(jiǎn)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(tīng)見(jiàn)好似有人學(xué)你的說(shuō)話一樣“你.好.嗎.。人們正由此點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出超聲波測(cè)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(cè)距，而要在洞內(nèi)用超聲波測(cè)距是一件很困難的事情，很先進(jìn)的科技產(chǎn)品也做不到。在空中，當(dāng)聲音煽動(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，而我們以頂峰值接收此反彈回來(lái)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(cè)量的應(yīng)用原理，一如在機(jī)場(chǎng)使用的雷達(dá)。超聲波距離傳感器采用壓電元件鋯鈦化鉛

12、，一般稱(chēng)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(chē)所用的倒車(chē)聲納系統(tǒng)，倒車(chē)時(shí)想車(chē)輛前方發(fā)射超聲波，測(cè)定超聲波遇到障礙物后返回的時(shí)間，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(tīng)到的聲波頻率要高，具有方向性，并且只能檢測(cè)車(chē)輛前方的障礙物。它的功能是判定和顯示車(chē)輛前方有無(wú)障礙物，障礙物到汽車(chē)的距離以及障礙物的位置。當(dāng)車(chē)后無(wú)障礙物時(shí)，隨著距離的增加，超聲波逐漸衰減，也就是說(shuō)根據(jù)向車(chē)后發(fā)射的超聲波是否返回，可以判斷檢測(cè)范圍內(nèi)有無(wú)障礙物。向車(chē)后發(fā)射的超聲波遇到障礙物返回時(shí)，測(cè)定所

13、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(chē)到障礙物的距離。此外，車(chē)輛前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.2.3 模型的建立超聲波測(cè)距儀原理簡(jiǎn)單，制作方便，本錢(qián)比擬低，但其作為高速行駛車(chē)輛上的測(cè)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，不能準(zhǔn)確測(cè)距。二是由于超

14、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(cè)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 圖3 超聲波測(cè)距系統(tǒng)目前國(guó)內(nèi)外一般的超聲波測(cè)距儀理想測(cè)量距離為4米-5米左右，因此一般只用汽車(chē)倒車(chē)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(mén)E被翻開(kāi)，時(shí)鐘信號(hào)開(kāi)場(chǎng)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(mén)E被關(guān)閉，時(shí)鐘信號(hào)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,那么時(shí)鐘振蕩器的頻率為34.3kHz時(shí)，

15、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(lái)回的雙倍時(shí)間。2.4 方案的擬定 測(cè)距報(bào)警器的電路原理框圖本設(shè)計(jì)由發(fā)射局部、接收局部、及報(bào)警局部組成見(jiàn)圖2。a.發(fā)射局部 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(hào)，經(jīng)功率放大器放大，由超聲探頭向車(chē)后發(fā)射。b.接收局部 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(hào)由放大器放大后，再送入施密特觸發(fā)器進(jìn)展整形，然后輸入報(bào)警局部。 由近距檢測(cè)、平滑電路、觸發(fā)器及聲光報(bào)警器電路組成。因探

16、測(cè)到的反射波信號(hào)是一組脈沖信號(hào)，將其平滑后送入觸發(fā)器，一旦超過(guò)觸發(fā)閥值報(bào)警電路就接通，發(fā)出聲光報(bào)警。擴(kuò)展局部虛線局部當(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(yǔ)言報(bào)警電路，不斷放出：倒車(chē)，請(qǐng)注意“的語(yǔ)言報(bào)警聲。數(shù)字顯示局部虛線局部由時(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(kāi)場(chǎng)振蕩，但只有計(jì)數(shù)器的閘門(mén)翻開(kāi)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(hào)，即關(guān)閉閘門(mén)，數(shù)據(jù)被鎖存，經(jīng)譯碼后通過(guò)顯示器顯示出來(lái)。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)視語(yǔ)音報(bào)警電源 圖4 汽車(chē)倒車(chē)防撞測(cè)距報(bào)警器原理 工作原

17、理接通電源,40kHz振蕩器受雙穩(wěn)回路控制，置位時(shí)開(kāi)場(chǎng)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(hào)經(jīng)功率放大器放大后，通過(guò)發(fā)射探頭向空中輻射，遇到障礙物即反射回來(lái)按照反射角=入射角原那么。接收探頭接收到反射信號(hào)后即將此信號(hào)放大，然后送入施密特觸發(fā)器進(jìn)展整形，使其成標(biāo)準(zhǔn)的觸發(fā)脈沖信號(hào)再送入另一雙穩(wěn)電路，此雙穩(wěn)電路在發(fā)射信號(hào)的同時(shí)被置位.(同時(shí)翻開(kāi)了計(jì)數(shù)器的閘門(mén)，使時(shí)鐘振蕩器信號(hào)得以進(jìn)入計(jì)數(shù)器，當(dāng)接收到反射波信號(hào)后，此雙穩(wěn)電路復(fù)位，計(jì)數(shù)器閘門(mén)關(guān)閉，時(shí)鐘脈沖被制止輸入，鎖存器將進(jìn)入計(jì)數(shù)器的脈沖個(gè)數(shù)鎖存，并經(jīng)譯碼通過(guò)LED顯示器顯示出來(lái).)此時(shí)即完成了

18、一次測(cè)距過(guò)程，此過(guò)程能自動(dòng)重復(fù)進(jìn)展，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)展平滑，送入一觸發(fā)器，一旦到達(dá)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(chē)后情況設(shè)置的，為了使車(chē)后的行人也同時(shí)知道汽車(chē)在倒車(chē)，及時(shí)躲避.2.5 根本概念理論根底，設(shè)計(jì)計(jì)算的主要方法和內(nèi)容波動(dòng)學(xué)定義：如果一個(gè)質(zhì)點(diǎn)眼固定直線通過(guò)平衡位置往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其對(duì)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=Acoswt+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=Aco

19、st+a=Acost+T+a=Acost+a+2所以稱(chēng)為振動(dòng)的角頻率或圓頻率f=1/T=2/ 2-5A最大位移 a初相位b.兩個(gè)不同頻率平行的簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成振動(dòng)方向一樣X(jué)1=Acos1t+a X2=Acos2t+a 2-6那么合成振動(dòng)為:X =Acos1t+a+Acos2t+a =2Acos2-1t/2cos2+1t/2 2-7由上式可知：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(jiǎn)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(chēng)為拍。 聲波物體的振動(dòng)通過(guò)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：

20、u=rRT/M1/2M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 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(hào)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。2.5.4液體和氣體中的縱波速度u=/p1/2 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(guò)程：振動(dòng)非?？欤瑹崃縼?lái)不及傳開(kāi) u=rp/p1/2 2-92.6 元件選擇清單型號(hào)名稱(chēng)數(shù)量備注MA40EIS超聲波發(fā)射器1MA40EIR超聲波接收器1CX20216紅外線接收模塊1單列，八腳CD40106六施密

21、特觸發(fā)器1CD4013雙D觸發(fā)器1NE555定時(shí)器2LED發(fā)光二極管1CA3410運(yùn)算放大器1揚(yáng)聲器12N4181二極管2電阻，240，620，300，100，47K，22K，10K3，180K，200K，30K電位器22K，10K電容F3，1000pFF4，330pF，250pF，電解電容1F1, 47F, 100F, F表1 元件清單 具體器件參數(shù)見(jiàn)附錄。2.7 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)展模擬實(shí)驗(yàn)，40kHz超聲波發(fā)射電路是實(shí)驗(yàn)最主要的一局部，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(jiàn)圖5：圖5 40Hz超聲波發(fā)射電路在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，電阻

22、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)觸頭那么可調(diào)到40KHz，波形見(jiàn)圖6：圖6 發(fā)射信號(hào)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(hào)的方波，然后將后續(xù)承受電路安裝上，進(jìn)展下一步實(shí)驗(yàn)，低頻調(diào)制信號(hào)見(jiàn)圖7：圖7 低頻調(diào)制信號(hào)波形f=4.96 kHz 由CD40106的4引腳出來(lái)的信號(hào)見(jiàn)圖8：圖8 CD40106的4引腳出來(lái)信號(hào)波形f=4.5 kHz CD4013的一腳出來(lái)信號(hào)見(jiàn)圖9：圖9 CD4013的一腳出來(lái)信號(hào)波形f=4.65

23、kHz 報(bào)警局部的電路圖如圖10： 圖10 聲光報(bào)警器的電路31 系統(tǒng)安裝與調(diào)試實(shí)驗(yàn)焊接完畢后就應(yīng)該根據(jù)設(shè)計(jì)線路圖進(jìn)展調(diào)試，以便檢測(cè)其實(shí)際的性能。調(diào)試過(guò)程是利用符合指標(biāo)要求的各種電子測(cè)量?jī)x器，對(duì)安裝好的電路或電子裝置進(jìn)展調(diào)整和測(cè)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)展。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，在安裝好的電路中按電路圖一一對(duì)照檢查連線，在檢查中要對(duì)已經(jīng)檢查過(guò)的連線做標(biāo)記，使用萬(wàn)用表對(duì)檢查連線很有幫助。直觀檢查電源，地線，信號(hào)線，元器件接線端之間有無(wú)短路，聯(lián)線處有無(wú)接

24、觸不良，有極性元器件引線短有無(wú)接錯(cuò)，反接等，集成塊是否插對(duì)。通電觀察。把經(jīng)過(guò)準(zhǔn)確測(cè)量的電源電壓參加電路，但暫不接入信號(hào)源信號(hào)。電源接通后，首先觀察有無(wú)異?，F(xiàn)象，包括有無(wú)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(guò)程中，不但要認(rèn)真觀察和測(cè)量，還要認(rèn)真記錄。包括記錄觀察的現(xiàn)象，測(cè)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(shuō)明，尤其是那些和設(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(jiàn)的結(jié)果加以定量比擬，從中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，加以改良，最終完善設(shè)計(jì)方案。通過(guò)收集第一手資料，可以幫助自己積累實(shí)際經(jīng)歷，切不可低

25、估記錄的重要作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：數(shù)據(jù)記錄分析處理連續(xù)測(cè)量十次數(shù)據(jù)分別是：L1=，L2=，L3=，L4=，L5=，L6=，L7=，L8=，L9=，L10=。求其平均數(shù)數(shù)為：=2.07 mL1=，L2=-，L3=-，L4=-，L5=-，L6=，L7=，L8=，L9=，L10=。方差：S2(L)=2均方差S2 = S2(L)/10=4.課程設(shè)計(jì)體會(huì)與總結(jié)在分析了汽車(chē)倒車(chē)防撞系統(tǒng)的根本設(shè)計(jì)原理以及目前國(guó)內(nèi)外此類(lèi)防撞系統(tǒng)存在的問(wèn)題后，詳細(xì)的介紹了超聲波測(cè)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(chē)倒車(chē)防撞報(bào)警器。本文設(shè)計(jì)的汽車(chē)倒車(chē)防撞報(bào)警器吸取了國(guó)內(nèi)外各種報(bào)警器構(gòu)造簡(jiǎn)單、性能優(yōu)良、造價(jià)低廉等局部特

26、點(diǎn)，并結(jié)合汽車(chē)電子工業(yè)開(kāi)展方向而設(shè)計(jì)的，它具有以下功能：a.倒車(chē)時(shí)能自動(dòng)測(cè)出車(chē)尾與最近障礙物間的距離。2米時(shí)，發(fā)出報(bào)警聲提醒駕駛員注意剎車(chē)。c.在倒車(chē)過(guò)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(kāi)場(chǎng)報(bào)警，而且距離越進(jìn)那么聲音越急促，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)警器加以改良開(kāi)展，使其可以在倒車(chē)時(shí)能重復(fù)發(fā)出“倒車(chē)，請(qǐng)注意的語(yǔ)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(cè)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(chē)能正常工作。c.參加數(shù)

27、據(jù)采集系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)倒車(chē)過(guò)程中，駕駛員不回頭便可看到車(chē)后情況。附錄集成電路芯片及電路元件的介紹1cx202161.1 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=-551501.2 CX20106A其引腳功能如下：1)信號(hào)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)接地5)調(diào)整中心頻率6)連接噪聲濾波電容器7)信號(hào)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(kāi)環(huán)電壓100dB，輸入偏置電

28、流5pA，轉(zhuǎn)換速率9V，輸出電壓13 V。2.超聲波傳感器2.1 MA40EIS/EIR超聲波發(fā)射/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(guò)程中椰油衰減，在氣體中傳播時(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(jiàn)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(duì)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(duì)領(lǐng)域，可實(shí)現(xiàn)加熱，清洗，霧化，測(cè)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.2.2

29、外形電路符號(hào)以及內(nèi)部構(gòu)造 外形 符號(hào) 內(nèi)部構(gòu)造圖9 超聲波傳感器外形、符號(hào)、內(nèi)部構(gòu)造1、2為雙壓電晶片振子，3、4為兩極，5為圓錐共振板2.3 電氣參數(shù)參數(shù)名稱(chēng)參數(shù)值工作中心頻率40KHz1 KHz聲壓電平(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pF220020%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?xún)?nèi)表2 電氣參數(shù)和特性2.4 工作原理及應(yīng)用

30、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40KHz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(hào)去控制電子電路工作，從而到達(dá)遙控目的。由于超聲波換能器收發(fā)信號(hào)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(lèi)遙控接收器根本工作應(yīng)用電路類(lèi)型分為三種：a直射型，應(yīng)用于遙測(cè)以及報(bào)警電路b別離反射型，主要應(yīng)用于測(cè)距，料位測(cè)量電路c 反射型，應(yīng)用于材料的探傷，測(cè)厚電路3.1 根本工作方式CD4013是CMOS雙D觸發(fā)器，其管腳排列如圖，內(nèi)部有

31、兩個(gè)完全一樣的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(jiàn)，當(dāng)R=S=0時(shí)，在CP 上升沿作用下，Q與D狀態(tài)一樣。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(chēng)為直接置1，和直接0，無(wú)需CP 和D配合。CPDRSQn+101001000 x00Qnxx100 xx011表3 CD4013功能表 FF2FF1 圖11 CD4013 管腳排列4.1 根本工作原理它是一種時(shí)基電路，能在4.5-18V電源下工作，輸出電平可與TTL，CMOS，HTL邏輯電路兼容，振蕩精度與外接元件特性有關(guān)，具有200MA的吸收或供出電流，可直接推動(dòng)揚(yáng)聲器，電感等低電阻負(fù)載。555定時(shí)器是一種應(yīng)用極為廣泛的中規(guī)模集成電路。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧