模拟电子车间距提醒电路.doc

课题名称 车间距提醒电路 所在院系 机械电子工程学院 班 级 07自动化（2）班 学 号 200710320223 姓 名 朱立群 指导老师 李晓高 时 间 2009年6月 景德镇陶瓷学院模拟电子技术课程设计任务书班级： 姓名： 指导教师：李晓高 2009年6月8日设计题目： 车间距提醒电路设计任务出门在外交通安全最重要，保持车距是避免发生撞车事故的很重要的一个原因，请设计一个车间距提醒电路，要求当车距较近，会影响交通安全时发出“嘟嘟，请注意保持车距”的声音，提醒司机注意保持车距。设计要求1、调研，查找并收集资料；2、总体方案设计，画出框图；3、单元电路设计；4、电气原理设计绘制电气原理图（用Protel汇标准图）；5、列写元器件明细表；6、撰写设计说明书（字数2000左右）7、参考资料目录。参考资料教研室主任签字： 年 月 日目 录1、引言32、设计方法43、单元电路5 3.1测距计时模块5 3.2 LED和蜂鸣器预警模块54、原理说明75、设计总结86、电子元件清单97、参考文献108、总电路图111、引言 出门在外交通安全最重要，保持车距是避免发生撞车事故的很重要的一个原因，请设计一个车间距提醒电路，要求当车距较近，会影响交通安全时发出“嘟嘟，请注意保持车距”的声音，提醒司机注意保持车距。交通事故中追尾事故占相当的比例，而且是伤亡人数和经济损失最大的。追尾事故的形成原因，归根结底就是两车距离和车速之间的关系，也就是说，车速越快，两车间距就应该越大，两车间距越小，车速应如何避免和减少追尾事故有其重要的意义。本例介绍一款车距语言提示器，安装在机动车的尾部。在正常行驶时，若车后方有车辆尾随时，则该车距语言提示器能及时发出语言提示信息，告知驾驶员后方有车，同时提醒后方车辆驾驶员应保持车距。在倒车时若后方有人或障碍物时，它也会及时发出语言提示信号，提醒车后人员和驾驶员注意倒车安全。本文探讨和研究了一种汽车智能测距防撞系统，这是一种主动安全系统。在正常行驶时，该系统不报警，当自车与前后车之间的距离小于所设定的安全距离并有可能发生碰撞时，该系统将发出报警信息，提醒驾驶员采取相应的措施，以避免碰撞事故的发生。通过对车用测距传感器的对比，结合本报警系统的具体要求，前向测距选择了激光传感器，后向测距选择了超声波传感器。文中还探讨了超声波测距的电路设计和软件设计。高速公路汽车防撞系统的研究符合国内外汽车智能化的发展趋势，该系统的应用可以保证高速运行车辆的安全性，具有广泛的应用前景和经济前景。2、设计方法 系统通过激光测距，测量出和前面汽车的距离，同时计算出两车相对速度，并将数据显示出来，让司机能够了解当前交通状态，在车距达到一定时，汽车车间距提醒器发出“嘟嘟，请注意保持车距”。同时，系统通过对距离等数据进行运算后获得当前的安全状况分析，在出现追尾危险的时候提出预警，提醒司机注意采取措施，避免追尾事故的发生。因此，本系统在正常驾驶和发生危险可能的两种状态下均向司机提供预警参考信息，使得司机能够随时注意到自身的行车安全，大大减少追尾事故的发生可能。本系统主要由图 2-1 所示的几部分组成。整个系统的功能实现流程描述如下： 首先由单片机向激光器发送端输出发送指令（高电平），启动激光器向外发送指定时长的激光脉冲，同时该信号也送入充电支路开启电容的充电过程。当光电池接收端接收到反馈的激光信号，经过信号的放大处理产生一个数字信号，送入充电支路关断电容的充电过程。令电容处于开路模式以保持其存储的电荷。经过一段足够长的时间（由于光速很快，因此这个时间只需要1us 便已足够，完全跟得上刷新率的要求），单片机读取电容一端的电压值，并送入单片机进行AD 转换，获得相应的数字量表征这个电压（正比于时间差）。随后单片机进入运算过程，完成系统误差修正后，求出相应的速度和距离，并输出到数码管显示。同时利用适当的加权处理和公式运算，获得当前的安全状态，并通过预警模块给出是否安全的提示。 图2-1 总体框图3主要单元电路3.1测距计时电路 如图3-1中，VCC 采用3.3V 供电，晶体管偏置电压1.0V（根据调试结果将进行微调），其BE支路反向并联光电接收板OPTICAL SOURCE CURRENT。充电支路采用150uA 恒流源。系统不进行测量时，输出到激光发射端的SEND 信号为低电平。此时光电板未接收到信号，晶体管由偏置电压源供电，工作状态接近饱和区，在集电极端输出低电平。由于D 触发器复位清零后反向Q 端输出为高，因此上面的NMOS 管关断，而下面的NMOS 关有高电平驱动，但总支路断路。当单片机给出发送信号时，SEND 为高，驱动上方NMOS 开启。此时下方NMOS 依然保持高电平驱动状态，于是充电开始。当接收端获得信号，光电板输出反向电流。由于原先基极电流只有uA 量级，而光电板接收信号后可以输出几微安的电流脉冲，因此将会导致基极的总电流降为0 甚至反向。于是晶体管失去正常工作偏置，集电极端被VCC 强行上拉到高电平。于是在D 触发器的时钟部分获得一个高电平脉冲，D 触发器被置1。因此反向Q 端给出低电平，关断下方NMOS，充电结束。图3-1 测距计时电路图3.2 LED和蜂鸣器预警电路 如图3-2，这个模块主要是通过单片机内部对数据依照一定的算法进行运算后，给出显示数据并判断当前安全状况。通过数码管、LED 以及蜂鸣器实现。图3-2 LED和蜂鸣器预警电路图4、工作原理 设计工作原理:由微机编程送出40 kHz 频率的方波信号至信号处理器,信号处理器通过两级放大,再经过压电换能器将信号发射出去,该信号遇到障碍物反射回来在此称为回波。同时,压电换能器将接收的回波,通过信号处理的检波放大、积分整形及一系列处理,送至微处理器。处理器利用声波的传播速度和发射脉冲到接收反射脉冲的时间间隔计算出障碍物的距离,并由单片机控制显示出来。该测距装置是由超声波传感器,CPU 显示电路,发射接收电路组成。传感器输入端与发射接收电路相连,接收电路输出端与单片机相连接,处理器的输出端与显示电路输入端相连接。传感器接收到由单片机 P1. 0 发出的0. 5 毫秒宽,重复周期为50 毫秒的40 kHz调制信号。当车有效区域内有障碍物时,即对发射的信号产生反射,传感器接收到反射信号,送入接收电路,转换成接收信号处理器,处理器优先处理先得到的信号对应反射波上每个周期中第一个有效的下降沿,通过单片机计算从发射到接收的反复延迟时间来算出障碍物体离传感器的距离。由于汽车工作环境恶劣,各种干扰,嘈声都会进入,所以微处理器中设计有控制软件,进行滤波,有效滤除过宽过窄的反射脉冲并通过计算反射脉冲的次数及比较相邻两周期的位置变化识别出有效反射波脉冲,计算出距离值;由此距离值用LED 进行显示。距离值与反射脉冲没有关系只与反射延迟长短有关,因此,只要电路中信号放大部分信噪比足够大,增益大,整个电路系统测量准确性与传感器污染情况没有直接关系,也正是整个测距电路系统在污染严重的环境中能正常工作的原因。 5、设计总结 本系统利用ARM单片机芯片强大的运算处理功能，采用激光测距的方法，向司机提供汽车行驶时与前方物体（包括他人汽车）的距离与相对速度，使得司机能在尚未发生危险时调整自己的行车路线和速度，提高自身的安全状况。如果司机没有作出有效的防范措施，则在危险可能发生之前，系统会给出追尾预警提示司机采取措施，避免追尾事故的发生。系统特有的路况设置模块，则使得安全距离的计算更加准确。系统设定有效可测距离为150米，由于采用多个数据作为判据，系统的可靠性高。整个系统硬件部分可以实现高度集成化，成品的成本较低，空间占用小，适合车载，很有希望实现一款高性价比、高可靠性的汽车防追尾系统。一旦实现并推广，相信将会使交通追尾事故的发生率大幅度下降，其社会经济效益十分可观。 通过这次模拟电子课程设计，我对模拟电子技术这门课程有了更深一步的了解，也增添了不少兴趣，尤其是在设计方面给了我足够信心，从而促动我去更进一步的去学好这门知识，为以后工作打下坚实基础。6、电子元件清单序号名称规格数量备注1芯片STR710FZ2T6 ARM712光电池板感光面积 1cm2(1cm X