汽車倒車防撞警報器的設計畢業(yè)論文

第第頁畢業(yè)論文（設計）題目：汽車倒車防撞報警器的設計姓名：學院：專業(yè)：班級：學號：指導教師：目錄·摘要·………………2一、引言……………………3二、正文……………………31、本設計的目的………32、條件…………………43、模型的建立………………64、原理框圖…………………65、工作原理…………………76、超聲波測距誤差分析…………………97、影響超聲波探測的因素………………10三、元件選擇清單……………13四、實驗安裝…………………14五、系統(tǒng)調試…………………16六、實驗結果…………………17七、小結…………18·元器件介紹·……………19·結束語·…………………24·參考文獻·………………24·成績評定·………………25摘要針對我國交通安全的需要，以及國內外汽車電子技術的應用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，綜合汽車工程學、汽車電子技術、通訊技術和控制技術等多學科理論，從必要性、可行性、實用性和經(jīng)濟性等角度出發(fā)，提出開發(fā)研制汽車防撞報警系統(tǒng)。目的在于當行車處于危險狀態(tài)時，發(fā)出報警，提醒駕駛員或自動采用相應措施，從而減少或避免高速公路碰撞事故的生。論文概述了超聲波檢測的發(fā)展及基本原理，闡述了超聲波傳感器的原理及特性。對于系統(tǒng)的一些主要參數(shù)進行了討論，并且在介紹超聲波測距系統(tǒng)功能的基礎上，提出了系統(tǒng)的總體構成。通過多種發(fā)射接收電路設計方案比較，得出了最佳設計方案，并對系統(tǒng)各個設計單元的原理進行了介紹。對組成各系統(tǒng)電路的芯片進行了介紹，并闡述了它們的工作原理。論文介紹了系統(tǒng)的軟件結構，通過編程來實現(xiàn)系統(tǒng)功能。最后，通過對系統(tǒng)的誤差分析，給出了系統(tǒng)的改進方案。關鍵字：超聲波；汽車倒車；防撞；報警器；傳感器一、引言本次設計的汽車倒車防撞系統(tǒng)，它是以STC89C52作為主控制器，用超聲波模塊對距離進行距離測試，并將信號發(fā)給主控制器。用L298芯片驅動直流電機，執(zhí)行主控制器命令，控制小車的前進、減速、停止。LED和蜂鳴器報告檢測出汽車后方有障礙物。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,交通運輸業(yè)日益興旺，汽車的數(shù)量在大副攀升。交通擁擠狀況也日趨嚴重，撞車事件屢屢發(fā)生，造成了不可避免的人身傷亡和經(jīng)濟損失，針對這種情況，設計一種響應快，可靠性高且較為經(jīng)濟的汽車防撞報警系統(tǒng)勢在必行。超聲波作為一種特殊的聲波，同樣具有聲波傳輸?shù)幕疚锢硖匦浴凵?，反射，干涉，衍射，散射。超聲波測距即是利用其反射特性，當車輛后退時，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到障礙物的距離及位置及時通知駕駛人員，起到安全的作用。二、正文（1）本設計的目的本設計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、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、倒車入庫以及進入停車場停車到位，甚至還能防止盜賊扒車，本設計成本低廉，性能優(yōu)良，市場前景極為廣闊，對提高我國汽車工業(yè)實際水平，具有較大的時間意義。超聲波測距法是最常見的一種距離測距方法，應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疚锢硖匦浴凵洌瓷?，干涉，衍射，散射。超聲波測距即是利用其反射特性，當車輛后退時，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到障礙物的距離及位置通知駕駛人員，起到安全的作用（2）條件超聲技術是一門以物理、電子、機械及材料學為基礎的通用技術之一。超聲技術是通過超聲波產(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。由于超聲波也是一種聲波，其聲速C與溫度有關，在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應通過溫度補償?shù)姆椒右孕Ｕ?。聲速確定后，只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。這就是超聲波測距儀的機理。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間，再把這一時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。當車后無障礙物時，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有無障礙物。向車后發(fā)射的超聲波遇到障礙物返回時，測定所需的時間，根據(jù)時間與距離成正比的關系，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區(qū)域，就可以判斷出障礙物在何處，四個超聲波發(fā)生器置于后減震器中，微機組件置于貨艙內，駕駛人員回頭時即可看到障礙物的顯示。超聲波距離傳感器和微機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.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短脈沖，再利用雙穩(wěn)電路把上述兩個短脈沖轉化為一個方脈沖。方脈沖的寬度即為兩個短脈沖之間的時間間隔。測量這個方波脈沖寬度就可以確定發(fā)射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=式中γ——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）Ρ0——氣體的密度（空氣為1.29kg/m3）對于1ml空氣，質量為m，體積為V，密度ρ。則C==2-2對于理想氣體，有PV=RT2-3式中R——摩爾氣體常數(shù)T——絕對溫度因此C=由于γ、R、m均為已知常數(shù)，故聲速C僅與溫度T有關，若溫度不變，則聲音在空氣中的速率與氣壓無關。在0℃的空氣中，C0=331.45m/s。對于任意溫度下，有Ci/C0=/,即Ci=331.45/在某一地區(qū)使用，因溫度變化不大，可以認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間，即可求得距離。（3）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，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)射電路接收電路發(fā)射電路接收電路低頻調制器時鐘振蕩雙穩(wěn)計數(shù)器顯示電路障礙物（4）聲光報警器的電路原理框圖本設計由發(fā)射部分、接收部分、及報警部分組成（見圖2）。a.發(fā)射部分由低頻調制器、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)器進行整形，然后輸入報警部分。c.報警部分由近距檢測、平滑電路、觸發(fā)器及聲光報警器電路組成。因探測到的反射波信號是一組脈沖信號，將其平滑后送入觸發(fā)器，一旦超過觸發(fā)閥值報警電路就接通，發(fā)出聲光報警。擴展部分（虛線部分）當電源電壓偏低時，同樣使報警電路導通發(fā)出聲光報警。另外在接通電源的同時接通語言報警電路，不斷放出：倒車，請注意“的語言報警聲。數(shù)字顯示部分（虛線部分）由時鐘振蕩器、計數(shù)器、譯碼器及顯示器組成。時鐘振蕩器一接通電源即開始振蕩，但只有計數(shù)器的閘門打開時，它才能進入計數(shù)器被計數(shù)，一旦接收到反射波信號，即關閉閘門，數(shù)據(jù)被鎖存，經(jīng)譯碼后通過顯示器顯示出來。發(fā)射振蕩發(fā)射振蕩接收放大低調濾波雙穩(wěn)平滑計數(shù)器時鐘振蕩譯碼顯示觸發(fā)穩(wěn)壓生光報警障礙物電壓監(jiān)視語音報警電源圖4汽車倒車防撞測距報警器原理（5）工作原理5.1超聲波我們知道，當物體振動時會發(fā)出聲音?？茖W家們將每秒鐘振動的次數(shù)稱為聲音的頻率，它的單位是赫茲。人類耳朵能聽到的聲波頻率為20～20，000HZ。當聲波的振動頻率大于20000HZ或小于20HZ時，我們便聽不見了。因此，我們把頻率高于20000HZ的聲波稱為“超聲波”。超聲波廣泛地應用在多種技術中。超聲波有兩個特點，一個是能量大，一個是沿直線傳播。由于超聲波也是一種聲波，超聲波在媒質中傳播的速度和媒質的特性有關。聲波是物體機械振動狀態(tài)（或能量）的傳播形式。所謂振動是指物質的質點在其平衡位置附近進行的往返運動。超聲和可聞聲本質上是一致的，它們的共同點都是一種機械振動，通常以縱波的方式在彈性介質內會傳播，是一種能量的傳播形式，其不同點是超聲頻率高，波長短，在一定距離內沿直線傳播具有良好的束射性和方向性。超聲波具有以下的特點：（1）超聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等介質中有效傳播。（2）超聲波可傳遞很強的能量。（3）超聲波會產(chǎn)生反射、干涉、疊加和共振現(xiàn)象。（4）超聲波在液體介質中傳播時，可在界面上產(chǎn)生強烈的沖擊和空化現(xiàn)象5.2超聲波發(fā)生器為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設計和制成了許多超聲波發(fā)生器?？傮w上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；機械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。壓電式超聲波發(fā)生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波發(fā)生器內部結構，它有兩個壓電晶片和一個共振板。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉換為電信號，這時它就成為超聲波接收器了。5.3超聲波測距原理在超聲波探測電路中,發(fā)射端輸出一系列脈沖方波,其寬度為發(fā)射超聲波與接收超聲波的時間間隔,被測物距越遠,脈沖寬度越大,輸出脈沖個數(shù)與被測距離成正比。超聲波測距的方法有多種,如相位檢測法、聲波幅值檢測法和往返時間檢測法等。相位檢測法雖然精度高,但檢測范圍有限可檢測到汽車倒車中,其障礙物與汽車的距離；聲波幅值檢測法易受反射波的影響。本文硬件設計采用超聲波往返時間檢測法,其測量原理圖如圖1所示。圖2.1超聲波測距原理圖其原理為:在超聲波發(fā)射器兩端輸入40KHZ脈沖串,脈沖信號經(jīng)過超聲波內部振子,振蕩產(chǎn)生機械波,并通過空氣介質傳播到被測面,由被測面反射到超聲波接收器接收,在超聲波接收器兩端,信號是毫伏級的正弦波信號,超聲波經(jīng)氣體介質的傳播到接收器的時間,即為往返時間。超聲測距有脈沖回波法、共振法和頻差法,其中常用脈沖回波法測距。超聲波測距的原理一般采用渡越時間法,其原理是超聲傳感器發(fā)射超聲波,超聲波在空氣中傳播至障礙物,經(jīng)反射后由超聲傳感器接收反射脈沖,測量出超聲脈沖從發(fā)射到接收的時間,再乘以超聲波在空氣中的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離,即：L=c·t/2(1)式（1）中,L為超聲傳感器與被測障礙物之間的距離,c為超聲波在介質(空氣)中的傳輸速率,t為超聲波從發(fā)射到接收的時間。超聲波在空氣中的傳播速度為:,其中T為絕對溫度數(shù)值,,。在測量精度不是很高的情況下,一般可以認為c為常數(shù)340m/s。由于溫度影響超聲波在空氣中的傳播速度；超聲波反射回波又很難精確捕捉,致使超聲波在空氣中傳播的時間很難精確測量。這些因素是使用超聲測距引起誤差的原因。(6)超聲波測距誤差分析根據(jù)超聲波測距公式L=c·t/2，可知測距的誤差是由超聲波的溫度誤差、傳播速度誤差和測量距離傳播的時間誤差引起的。溫度誤差由于超聲波也是一種聲波。其聲速C與溫度有關。表1列出了幾種不同溫度下的聲速這是超聲波的溫度效應特性，超聲波的傳播速度“C”可以用公式(2)表示：C＝331.5＋0.607t（m/s）,式中t=溫度（℃）。因此要精確測量與某個物體之間的距離時，則應通過溫度補償?shù)姆椒右孕Ｕ?。時間誤差當要求測距誤差小于1mm時，假設已知超聲波速度C=344m/s(20℃室溫)，忽略聲速的傳播誤差。測距誤差s△t<(0.001/344)≈0.000002907s即2.907ms。在超聲波的傳播速度是準確的前提下，測量距離的傳播時間差值精度只要在達到微秒級，就能保證測距誤差小于1mm的誤差。使用的12MHz晶體作時鐘基準的89C51單片機定時器能方便的計數(shù)到1μs的精度，因此系統(tǒng)采用89C51定時器能保證時間誤差在1mm的測量范圍內。對于超聲波測距精度要求達到1MM時，就必須把超聲波傳播的環(huán)境溫度考慮進去。例如當溫度0℃時超聲波速度是332m/s,30℃時是350m/s，溫度變化引起的超聲波速度變化為18m/s。若超聲波在30℃的環(huán)境下以0℃的聲速測量100M距離所引起的測量誤差將達到5M，測量1M誤差將達到5MM。超聲波遇到障礙物后，一部分會反來，那么，通過計算發(fā)射出超聲波到接收到回波之間的時差，還有音速，就能算出障礙物的距離。(7)影響超聲波探測的因素圖2.2超聲波差距示意圖在圖2中，用一個超聲波傳感器來發(fā)射超聲波，同時它又可以接收到回波。一般使用的超聲波頻率為40KHZ。根據(jù)以上原理，所算出的障礙物距離都是指障礙物到傳感器的距離。傳感器可檢查到的角度：傳感器發(fā)射超聲波有一定的角度范圍，圖3，圖4為常用傳感器的探測角度:圖2.3水平探測角度圖2.4垂直探測角度以上菱形區(qū)域是發(fā)射超聲波的覆蓋區(qū)，而覆蓋區(qū)內的障礙物能否被探測到，則與以下因素有關(見圖5示):（1）從物理方面的反射原理可知:超聲波的反射規(guī)律為反射角等于入射角，因此，反射波是否能被傳感器捕捉，與反射面的角度有關。（2）反射面的大小不同，也會影響反射波的強度。（3）另外，障礙物會吸收掉一部分超聲波，反射回去的只是其中一部分，而吸收多少，反射又是多少，則與障礙物的材質和表面處理相關。疏松、多孔的表面較易吸收音波而導致反射效率較低，不易被偵測。（4）超聲波在空氣中傳輸時也會衰減，所以同一個反射面，同樣的角度，距離越遠，發(fā)射和反射的超聲波衰減越大，越不易被測到。（5）以上幾點簡單的說，就是:角度、大小、表面材質和距離。這些因素綜合起來，決定障礙物是否會被探測到。圖2.5超聲波探測障礙物根據(jù)以上原理可知，在下列環(huán)境下，易造成無法偵測及偵測不良之情況?。?）鐵絲網(wǎng)，繩索類細小物體。（2）草地行車或崎嶇不平路面。（3）棉質或表面易吸收聲波之物質。（4）傳感器表面附著異物。（5）同頻率(40KHz)之超聲波雜音加金屬聲，高壓氣體排放聲，汽車喇叭正對傳感器鳴叫時。（6）障礙物為銳角反射體，錐狀物體。三、元件選擇清單型號名稱數(shù)量備注MA40EIS超聲波發(fā)射器1MA40EIR超聲波接收器1CX20106紅外線接收模塊1單列，八腳CD40106六施密特觸發(fā)器1CD4013雙D觸發(fā)器1NE555定時器2LED發(fā)光二極管1CA3410運算放大器1揚聲器12N4181二極管2電阻4.7Ω，240Ω，620Ω，300Ω，100Ω，47KΩ，22KΩ，10KΩ（3），180KΩ，200KΩ，30KΩ，8.2KΩ電位器22KΩ，10KΩ電容0.1μF（3），1000pF，0.01μF（4），330pF，250pF，電解電容1μF（1）,47μF,100μF,2.3μF四、實驗安裝在實驗初期，把電路元件安裝在數(shù)字實驗箱上進行模擬實驗，40kHz超聲波發(fā)射電路是實驗最主要的一部分，只有調制出這個40kHz超聲波才可以做后續(xù)實驗，超聲波的發(fā)射電路見圖5：圖540Hz超聲波發(fā)射電路在實驗的過程中，電阻R5的大小影響輸出波形的范圍：當R5為47K?時，頻率從10.868kHz-26.050kHz;改變到8.2K?時，調節(jié)范圍增大到21.243kHz-70.183kHz，改變滑動觸頭則可調到40KHz，波形見圖6：圖6發(fā)射信號波形（f=40.124kHz）實驗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，進行下一步實驗，低頻調制信號見圖7：由CD40106的4引腳出來的信號見圖8：CD4013的一腳出來信號見圖9報警部分的電路圖如圖10：聲光報警器的電路五、系統(tǒng)安裝與調試實驗焊接完畢后就應該根據(jù)設計線路圖進行調試，以便檢測其實際的性能。調試過程是利用符合指標要求的各種電子測量儀器，對安裝好的電路或電子裝置進行調整和測量，以保證電路或裝置正常工作。因此調試必須按一定的方法和步驟進行。不通電檢查電路安裝。認真檢查接線是否正確，如多線，少線或錯線，尤其是電源線不能接錯或接反。查線方法：按照設計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照檢查連線，在檢查中要對已經(jīng)檢查過的連線做標記，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，反接等，集成塊是否插對。通電觀察。把經(jīng)過準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，應立即切斷電源，排除故障后，才可重新通電。調試過程中，不但要認真觀察和測量，還要認真記錄。包括記錄觀察的現(xiàn)象，測量的數(shù)據(jù)，波形及相位關系。必要時在記錄中應附加說明，尤其是那些和設計不符的現(xiàn)象更是記錄的重點。依據(jù)記錄的數(shù)據(jù)才能把實際觀察到的現(xiàn)象和理論預見的結果加以定量比較，從中發(fā)現(xiàn)問題，加以改進，最終完善設計方案。通過收集第一手資料，可以幫助自己積累實際經(jīng)驗，切不可低估記錄的重要作用。六、實驗結果數(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：L=2.07mΔL1=0.03m，ΔL2=-0.17m，ΔL3=-0.07m，ΔL4=-0.27m，ΔL5=-0.17m，ΔL6=0.03m，ΔL7=0.23m，ΔL8=0.03m，ΔL9=0.23m，ΔL10=0.17m。均方差S2（L）=S2(L)/10=0.003七、小結本文設計的汽車倒車防撞報警器吸取了國內外各種報警器結構簡單、性能優(yōu)良、造價低廉等部分特點，并結合汽車電子工業(yè)發(fā)展方向而設計的，它具有以下功能：a.倒車時能自動測出車尾與最近障礙物間的距離。b.倒車至極限安全距離2米時，發(fā)出報警聲提醒駕駛員注意剎車。c.在倒車過程中，實現(xiàn)實時報警。但由于實驗時間短暫和某些芯片的原因，實驗結果不是很理想，報警距離有所增加，在2米左右的時候就開始報警，而且距離越進則聲音越急促，響聲不連續(xù)，實時報警未能實現(xiàn)。智能化的信息融合技術是當今智能汽車的發(fā)展前景,它使得車輛能夠利用多傳感器集成技術以及融合技術,結合環(huán)境信息、交通狀況信息做出一個最優(yōu)決策,實現(xiàn)車輛自動感知前方的障礙物,及時采進行避讓;通過對前方信號的識別,自動停車或運行;通過對路標的自動識別,避免違章行為等,從而可以大大降低車輛事故的發(fā)生,同時減輕司機駕駛的負擔,盡量降低司機疲勞駕駛的可能性。當然，智能汽車的發(fā)展還有很長的路要走，但是未來交通必然是由智能車主宰，再配合上智能交通系統(tǒng)，人們的夢想——高速安全便捷的交通運輸將不再是夢。集成電路芯片及電路元件的介紹1.1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=-20～75℃,貯存溫=-55——150℃1.2CX20106A其引腳功能如下：1)信號輸入端2)調整預放大器增益及頻率特性3)連接檢波電容4)接地5)調整中心頻率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10CX20106A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，轉換速率9V，輸出電壓13V。2.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，當交變電信號從引線加到發(fā)射器中，振子彎曲振動，驅動錐形口發(fā)出超聲波。2.1MA40EIS/EIR超聲波發(fā)射/接收傳感器超聲波是一種彈性介質種的機械振蕩，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，在氣體中傳播時衰減快，傳播距離近；在液體固體中傳播衰減慢，傳播距離遠。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，傳播定向性好等優(yōu)點，因此可以應用于很對領域，可實現(xiàn)加熱，清洗，霧化，測距，遙控許多功能，利用超聲波的的特點，可以做成各種超聲波傳感器.2.2外形電路符號以及內部結構外形符號內部結構圖9超聲波傳感器外形、符號、內部結構（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)名稱參數(shù)值工作中心頻率40KHz±1KHz聲壓電平(距離30CM,輸入電壓10V)在中心頻率時大于106dB帶寬（MA40EIS）在100dB時大于1.5KHz帶寬（MA40EIR）在-80dB時大于2.0KHz靈敏度（MA40EIS）大于100dB靈敏度（MA40EIR）-74dB電容（pF）（2200±20）%（在1KHz時）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范圍內靈敏度變化在-10dB以內表2電氣參數(shù)和特性2.4工作原理及應用當施加與超聲波傳感器兩極上40KHz的振蕩脈沖時，發(fā)射器的工作腔內發(fā)生振蕩效應,產(chǎn)生40KHz的超聲波振蕩機械波向空中輻射，接收傳感器回收到40KHz的超聲波振蕩波時，接收器中的諧振腔和外部40KHz的超聲波發(fā)生共振，將超聲波轉換成電信號去控制電子電路工作，從而達到遙控目的。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用電路類型分為三種：a直射型，應用于遙測以及報警電路b分離反射型，主要應用于測距，料位測量電路c反射型，應用于材料的探傷，測厚電路3.CD40133.1基本工作方式CD4013是CMOS雙D觸發(fā)器，其管腳排列如圖，內部有兩個完全相同的D觸發(fā)器FF1和FF2。D為輸入端，CP為時鐘脈沖輸入端，Q和Q為互補的輸出端，S為置位端，R復位，VDD和VSS分別為電源正負端。功能表如下，有表可見，當R=S=0時，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R=S=1時，Q=1；R=1，S=0時，Q=0稱為直接置1，和直接0，無需CP和D配合。CPDRSQn+1↑0100↑1000↓x00Qnxx100xx011表3CD4013功能表FF2FF1FF2FF1圖11CD4013管腳排列4.NE5554.1基本工作原理它是一種時基電路，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，具有200MA的吸收或供出電流，可直接推動揚聲器，電感等低電阻負載。555定時器是一種應用極為廣泛的中規(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成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器。因而廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。目前生產(chǎn)的定時器有雙極型和CMOS兩種類型，其型號分別有NE555、5G555、C7555等多種。它們的結構及工作原理基本相同。通常，雙極型定時器具有較大的驅動能力，而CMOS定時電路具有底功耗、輸入阻抗高等優(yōu)點。555定時器工作的電源電壓很寬，并可承受較大的負載電流。雙極型定時器電源電壓范圍為5—16V，最大負載電流可達200MA；CMOS定時器電源電壓為3—18V，最大負載電流在4MA以下。555定時器的內部結構的簡化原理圖12如下：圖12555定時器內部結構它由3個阻值為5K的電阻組成的分壓器、兩個電壓比較器A1和A2、基本RS觸發(fā)器、放電BJTT以及緩沖器組成。定時器的主要功能取決于比較器，比較器的輸出控制RS觸發(fā)器和放電BJTT的狀態(tài)，輸出VO為低電平。因此，在正常工作時，應將其接高電平。當5腳懸空時，比較器C1和C2的比較電壓分別為2/3VCC和1/3VCC 。555定時器的功能如表4：PDTHTROUTVT0XX0導通1>2/3VCC>1/3VCC0導通1<2/3VCC>1.3VCC不變不變1X<1/3VCC0截止表4NE555邏輯功能真值邏輯功能表述：直接復位功能：當復位端RD=0時，不管其他輸入狀態(tài)如何，輸出Q=0，放電管VT導通。當直復位端不用時，應使RD=1，這時可執(zhí)行復位功能，置位功能，維持功能。復位功能：當閥值輸入端TH>2/3VCC時，觸發(fā)輸入端TR〉1/3Vcc，使VAI=0。VA2=1，則Q=1。放電管VT截止。置位功能：當TR<1/3VCC時，使VA1=1，VA2=0，Q=1，放電管VT截止。維持功能：當TR<2/3VCC時，TR〉1/3VCC，使VA1=1，VA2=1，Q狀態(tài)維持不變如果在電壓控制端（5腳）施加一個外加電壓（其值在0—VCC之間），比較器的參考電壓將發(fā)生變化，電路相應的閥值、觸發(fā)電平也將隨之變化，并進而影響電路的工作狀態(tài)。NE555管腳如圖12：的陶瓷雙列直插或金屬外殼的封裝形式，有八個管腳，1腳（GND0為地，2腳（TR）為觸發(fā)端，3腳（OUT）為輸出，4腳（RD）為復位端，5腳（K）為控制端，6腳（TH）為閥值端，7腳（D）為放電端，8腳（VCC）為電源正端。NE555NE55511圖13NE555管腳5.CA3140特點：該系列為MOS/FET輸入雙極性運算放大器。該器件在單片上結合了高壓PMOS晶體管和雙極晶體管的優(yōu)點。由于輸入采用了PMOS場效應管晶體管，使該器件具有輸入阻抗和很低的輸入電流，轉換效率也很高，引腳排列如圖14：CA31401CA31401圖14：CA3140管腳結束語畢業(yè)設計是本科學習階段一次非常難得的理論與實際相結合的機會，通過這次汽車防撞系統(tǒng)的設計，我擺脫了單純的理論知識學習狀態(tài)，和實際設計的結合鍛煉了我的綜合運用所學的專業(yè)基礎知識，解決實際工程問題的能力。從對基礎知識認識的空白，到順利如期的完成本次畢業(yè)設計，這也給了我很大的鼓舞和信心，讓我明白了一個道理：世上無難事，只要肯登攀，遇到任何困難都不可怕，堅定信心，努力鉆研，就有解決的辦法。所以盡管本次設計中還有很多需要完善的地方，比如實際硬件電路的不穩(wěn)定，排線布局的不合理等，但我想，隨著自己專業(yè)知識的不斷加強、綜合能力的不斷提高，這些問題最終是可以解決的。前方的路依然漫長，但立足本設計，我會更加努力！參考文獻[1]《傳感器及遙測技術》丁鎮(zhèn)生編電子工業(yè)出版社

[2]《傳感器的應用及電路設計》趙繼文編科學出版社[3]《現(xiàn)代汽車專用傳感器檢修技術》李東江、宋良玉編機械工業(yè)出版社鄂州職業(yè)大學畢業(yè)（論文）成績評定表指導教師批閱指導教師簽名：指導教師職稱：年月日評閱組評閱指導教師簽名：評閱指導教師職稱：年月日教研室審查意見教研室負責人簽名年月日系部意見系部負責人簽名年月日畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作者簽名：日期：指導教師簽名：日期：使用授權說明本人完全了解大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績热荨Ｗ髡吆灻喝掌冢?

學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期：年月日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名： 日期：年月日導師簽名：日期：年月日

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