基于cd4020设计的倒车雷达论文

1概述概述概述概述超声波汽车倒车探测器的应用和发展现状超声波到车雷达实用性强，技术成熟，所以发展很快。从第一代经过短短几年时间便发展到第五代，从纯电路模式到使用高速处理器；从单纯轰鸣器报警到显示器显示，语音报警。另外安装使用更加方便，精度及稳定性也有极大提高。在现实生活中的作用越来越大。1第1代使用超声波探头、轰鸣器倒车时，超声波探头发送，接收超声波，车体与障碍物距离的改变使电路中电压或电流产生变化给轰鸣器不同的信号，如果车后1518M处有障碍物，轰鸣器就会开始工作。轰鸣声越急，表示车辆离障碍物越近。第一代探测器没有语音提示，也没有距离显示，虽然司机知道有障碍物，但不能确定障碍物离车有多远，对司机帮助不大。2第2代使用超声波探头、微处理器、数码波段显示器倒车时，超声波探头发送，接收超声波，处理器进行处理，将处理后的信号送给距离显示设备，可以显示车后障碍物与车体的距离。如果是物体，在18M左右的距离开始显示；如果是人，在09M左右的距离开始显示。这一代产品有两种显示方式，数码显示产品显示距离数字，而波段显示产品由3种颜色来区别距离绿色代表安全距离，表示障碍物与车体的距离有08M以上；黄色代表警告距离，表示与障碍物的距离只有0608M；红色代表危险距离，表示与障碍物之间只有不到06M的距离，必须停止倒车。第二代产品把数码和波段组合在一起，比较实用，能够作到一目了然，但没有声响，警示效果不好。3第3代使用超声波探头、处理器、液晶荧屏显示器这一代产品较前两代有了质的飞跃，特别是荧屏显示的使用表明开始出现动态显示系统。不用挂倒挡，只要发动汽车，超声波探头及处理器就开始工作，显示器上就会出现汽车图案以及车辆周围障碍物的距离。动态显示，色彩清晰漂亮，外表美观，可以直接粘贴在仪表盘上，安装很方便。不过液晶显示器外观虽精巧，但灵敏度较高，抗干扰能力不强，所以误报也较多。14第4代使用超声波探头、处理器、魔幻镜显示器结合了前几代产品的优点，采用了最新仿生超声雷达技术，配以高速电脑控制，可全天候准确地测知2M以内的障碍物，并以不同等级的声音提示和直观的显示提醒驾驶员。魔幻镜倒车雷达把后视镜、倒车雷达、免提电话结合起来，并设计了语音功能，是目前市面上比较先进的倒车雷达系统。因为其外形就是一块倒车镜，所以可以不占用车内空间，直接安装在车内倒视镜的位置。而且颜色款式多样，可以按照个人需求和车内装饰选配，不过造价较高。5第5代使用超声波探头、后视摄像机、控制器、监视器超声波信号接入显示控制器，同时将视频监视子系统中的摄像探头信号接入显示控制器，通过安装在汽车内部的显示控制器的自动切换电路、字符叠加器、微处理器，将显示控制器的输出再接入监视器，这样实现自动切换图像、监视、超声波倒车测距、自动报警等功能。车载电视显示车后景物图像和车后障碍物距离。倒车探测器具有精确判断距离的优点，后视摄像对车后方的水沟、山崖、凸出的钢筋、竹竿等倒车安全上的死角极为有效；后者图像直观真实，前者可获得精确的距离，两者精确结合非常实用。此系统技术非常复杂，也不是很成熟，不宜普及。虽然各代探测器各有特点但是它们有着此类产品固有的缺点。车用倒车探测器首先要解决的技术难题就是误报。由于道路状况十分复杂，以及道路两旁的静态护栏、标志牌，还有各种恶劣天气的影响等，使得探测器对目标的识别十分困难，误报率很高。要想完全解决好误报问题，还需要采取多传感器的信息融合技术。实现信息综合分析，利用数据间的冗余性和互补特性进行容错处理，克服单一传感器可靠性低、有效探测范围小等缺点，有效地降低探测器的误报机率。超声波的汽车倒车探测器的发展趋势是使用的处理器速度越来越快，系统反应时间越来越短；使用的传感器技术越来越先进，系统稳定性越来越高；使用的显示报警技术更加先进，探测器显示、报警方式会更加直观，更加人性化。各种减小误差电路的出现，会使系统准确性大大提高。总之，超声波汽车倒车探测器用起来会更加方便，更加令人放心。22设计方案的分析设计方案的分析设计方案的分析设计方案的分析倒车雷达只需要在汽车倒车时工作，为驾驶员提供汽车后方的信息。由于倒车时汽车的行驶速度较慢，和声速相比可以认为汽车是静止的，因此在系统中可以忽略多普勒效应的影响。在许多测距方法中，脉冲测距法只需要测量超声波在测量点与目标间的往返时间，实现简单，因此本系统采用了这种方法。本次毕业设计的倒车雷达为蜂鸣器式倒车雷达，它的设计简答涉及到的知识面也比较广，而且也有经济适用等特点，它能将大学所学的电路知识很好的运用到本次设计制作中。其制作过程可概括如下1根据倒车雷达靠超声波的发射与接收原理设计简单的倒车雷达系统。2绘制电路图，并分为发射和接收两个模块3更具电路图将元器件焊接在电路板上4调试5总结，写毕业论文通过在这些过程的实践可以使我们把之前所学的理论知识及一些检测焊接技术很好的运用的本次设计制作中，体现了理论与实践相结合的思想321系统相关理论的介绍系统相关理论的介绍系统相关理论的介绍系统相关理论的介绍在倒车雷达中，超声波传感器起很重要的作用，我们将传感器安装在汽车尾部，就可以感应到倒车时车尾部与后方障碍物之间的距离（障碍物需与传感器同高当超过预设的最小报警距离时，蜂鸣器就会发出报警音。22超声波传感器的介绍超声波传感器的介绍超声波传感器的介绍超声波传感器的介绍超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，超声波传感器利用声波介质对被检测物进行非接触式无磨损的检测超声波传感器4。超声波传感器对透明或有色物体，金属或非金属物体，固体、液体、粉状物质均能检测。其检测性能几乎不受任何环境条件的影响，包括烟尘环境和雨天。检测模式检测模式检测模式检测模式超声波传感器主要采用直接反射式的检测模式。位于传感器前面的被检测物通过将发射的声波部分地发射回传感器的接收器，从而使传感器检测到被测物。超声波测距基本原理超声波测距基本原理超声波测距基本原理超声波测距基本原理在物理世界中，人类能感应到的波谱是声波，即波源所激起的纵波的频率在20HZ到20KHZ之间，就能引起人的听觉，在这一频率范围内的振动被称为声振动。而频率低于20HZ的机械波叫做次声波。超声波是频率大于20KHZ的波段,具有方向性强、能量衰减缓慢、在介质中转播距离远等特点,用于测距计算方法简单,常用于非接触式距离测量,其传感器种类较多。汽车上常用的是压电式超声波传感器工作频率40KHZ且收发一体、结构紧凑5。一般超身波发生器内部结构有两个压电晶片和一个共振板。当它的两级外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。超声波测距的基本原理其实很简单，同声纳回声定位法的原理是基本相同的，说得高级一些就是多普勒效应，说得简单就是回声效应。超声波测距也时基于这种回音效应，发生器不断发射出540HZ超声波，其总宽度为发射超声波与接收超声波的时间间隔，被测物距越远，脉冲宽度越大，输出脉冲个数与被测距离成正比。超声波测距的方法有多种，如相位检测法、声波幅值检测法和往返时间检测法等。相位检测法虽然精度高，但检测范围有限；声波幅值检测法易受反射波的影响。本文中芯片通过探头发送和接收超声波信号，根据发送和接收的时间差计算障碍物的距离，输出相应报警信号。报警信号编码后采用双线差分方式输出，输出信号的内容包括各探头检测到的障碍物距离的危险等级、最近障碍物的方位、最近障碍物的距离值和附加消息。最大输出距离为315米，输出精度为005米。它的设计采用的是超声波往返时间检测法，其测量原理图如图21所示其原理为每个超声波传感器收发一体，在发射时刻，在超声波发射器端输入40KHZ冲串，同时开始计时，脉冲信号经过超声波内部的振子，振荡产生机械波，并通过空气介质传播到被测面脉的，超声波在介质中传播，途中碰到障碍物后反射回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波经气体介质的传播到返回到传感器的时间，即为往返时间。往返时间与气体介质中的声速相乘，就是声波传输的距离。而所测距离为声波传输距离的一半，6图21超声波测距模块原理图其关系式可由公式（21）表示S1/2（CT）（21）（21）式中，S为待测距离，C为超波的声速，T为往返时间。采用微处理器脉冲计数的方法，可以精确地测出T的值。假设微处理器的周期为T，则TNT，则探测距离可由公式（22）表示S1/2CT1/2CNT（22）障碍物传感器GM3103IC73总体设计总体设计总体设计总体设计31设计要求设计要求设计要求设计要求测量距离范围5CM15M测量角度5发射频率40KHZ采样率26HZ供电10V15DC/16MA最大32硬件设计硬件设计硬件设计硬件设计321超声波发射模块设计超声波发射模块设计超声波发射模块设计超声波发射模块设计附图一附图一附图一附图一发射模块输入电压为12V，频率为40KHZ的信号，脉冲信号经过超声波内部的振子，振荡产生机械波，并通过空气介质传播到被测面脉的，超声波在介质中传播，途中碰到障碍物后反射回来再由接收装置接受。322超声波接超声波接超声波接超声波接收收收收模块设计模块设计模块设计模块设计（附图二附图二附图二附图二）超声波接收器包括超声波接收探头、信号放大电路及波形变换电路三部分。超声波探头必须采用与发射探头对应的型号，关键是频率要一致，由于经探头变换后的正弦波电信号非常弱，因此必须经放大电路放大。再进过变换传到蜂鸣器使蜂鸣器发声。84主要的芯片介绍主要的芯片介绍主要的芯片介绍主要的芯片介绍41IC1CD4060CD4060由一振荡器和14级二进制串行计数器位组成，振荡器的结构可以是RC或晶振电路，CR为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效。所有的计数器位均为主从触发器。在CP1和CP0的下降沿计数器以二进制进行计数。在时钟脉冲线上使用斯密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。CD4060引脚功能图942IC2CD4020CD4020是14位二进制串行计数器。所有的计数器为主从触发器。计数器在时钟下降沿进行计数，CR为高电平时，对计数器进行清零。由于在时钟输入端使用斯密特触发器，对脉冲上升和下降时间无限制，所有输入和输出均经过缓冲。CD4020引脚功能图在本次设计制作中IC1和IC2是计数器，起技术功能。43IC4CD4093CD4093由四个2输入端施密特触发器电路组成。每个电路均为在两输入端具有斯密特触发功能的2输入与非门。每个门在信号的上升和10下降沿的不同点开、关。上升电压VPT和下降电压VN之差定义为滞后电压VT。应用范围波形和脉冲整形单稳态多频振荡器，高环境噪声系统，非稳态多谐振荡器。44IC5CD4049CD4049六反相缓冲器/转换器,CD4049是六反相缓冲器，具有仅用一电源电压VCC进行逻辑电平转换的特征。用作逻辑电平转换时，输入高电平电压VIH超过电源电压VCD。该器件主要用作COS/MOS到DTL/TTL的转换器，能直接驱动两个DTL/TTL负载。CD4049可替换CD4009，因为CD4049仅需要一电源电压，可取代CD4009用于反相器、电源驱动器或逻辑电平转换器。CD4049与CD4009引出端排列一致，16引出端是空脚，与内部电路无连接。若使用时不要求高的11漏电流或电压转换，推荐使用CD4049六反相器。45TL074TL074为低噪声的JFET输入运算放大器JFET的输入在TL074系列运算放大器，低输入偏置版本和失调电流和快速的转换率。低谐波失真和低噪声使TL074系列非常适用于高保真音频前置放大器应用的理想选择125安装及调试安装及调试安装及调试安装及调试51元器件安装元器件安装元器件安装元器件安装1安装电阻安装电阻安装电阻安装电阻先装电阻先装电阻先装电阻先装电阻（共有共有共有共有1414只电阻只电阻只电阻只电阻），），），），这些电阻阻值可以通过色码读出这些电阻阻值可以通过色码读出这些电阻阻值可以通过色码读出这些电阻阻值可以通过色码读出，也可以用万用表测出阻值也可以用万用表测出阻值也可以用万用表测出阻值也可以用万用表测出阻值。用电阻色码读电阻值时用电阻色码读电阻值时用电阻色码读电阻值时用电阻色码读电阻值时（11）个颜色代表个颜色代表个颜色代表个颜色代表的数字是的数字是的数字是的数字是，综综综综11红红红红22澄澄澄澄33黄黄黄黄44绿绿绿绿55蓝蓝蓝蓝66紫紫紫紫77灰灰灰灰88白白白白99黑黑黑黑00。（。（。（。（22第一色环第一色环第一色环第一色环（紧紧紧紧靠电阻引线端的色环为第一色环靠电阻引线端的色环为第一色环靠电阻引线端的色环为第一色环靠电阻引线端的色环为第一色环）代表电阻值的第一位数值代表电阻值的第一位数值代表电阻值的第一位数值代表电阻值的第一位数值；第二色第二色第二色第二色环代表电阻值的第二位数值环代表电阻值的第二位数值环代表电阻值的第二位数值环代表电阻值的第二位数值第三色环代表第三色环代表第三色环代表第三色环代表00的个数的个数的个数的个数。第一步第一步第一步第一步先将电阻引线用改锥弯好先将电阻引线用改锥弯好先将电阻引线用改锥弯好先将电阻引线用改锥弯好。第二步第二步第二步第二步再将所有电阻全部穿在印制板上再将所有电阻全部穿在印制板上再将所有电阻全部穿在印制板上再将所有电阻全部穿在印制板上。然后用然后用然后用然后用2540W2540W的电的电的电的电烙铁焊接烙铁焊接烙铁焊接烙铁焊接，注意不要虚焊注意不要虚焊注意不要虚焊注意不要虚焊。焊接好后焊接好后焊接好后焊接好后，用剪刀将引脚剪掉用剪刀将引脚剪掉用剪刀将引脚剪掉用剪刀将引脚剪掉。2安装电容安装电容安装电容安装电容方法步骤同上方法步骤同上方法步骤同上方法步骤同上，用万用表测量时因电容容量小用万用表测量时因电容容量小用万用表测量时因电容容量小用万用表测量时因电容容量小。要选要选要选要选10K10K档档档档，测量时表针不能摆动测量时表针不能摆动测量时表针不能摆动测量时表针不能摆动，否则说明电容有漏电否则说明电容有漏电否则说明电容有漏电否则说明电容有漏电。注意电解电容式有正负注意电解电容式有正负注意电解电容式有正负注意电解电容式有正负极的极的极的极的，电解电容上的黑道是电容负极电解电容上的黑道是电容负极电解电容上的黑道是电容负极电解电容上的黑道是电容负极，电解电容长引脚是电容的正极电解电容长引脚是电容的正极电解电容长引脚是电容的正极电解电容长引脚是电容的正极。测量电解电容时一般选测量电解电容时一般选测量电解电容时一般选测量电解电容时一般选1K1K档档档档，正反测量时表针有充放电想象说明电正反测量时表针有充放电想象说明电正反测量时表针有充放电想象说明电正反测量时表针有充放电想象说明电解电容时好的解电容时好的解电容时好的解电容时好的。3安装接线支架及安装接线支架及安装接线支架及安装接线支架及ICIC插座插座插座插座P3520S板板板板的的的的J1J1接线支架是接线支架是接线支架是接线支架是332P，P3502BP3502B板的接线支架板的接线支架板的接线支架板的接线支架J1J1是是是是2P2P,J2是是是是2P2P2P我们按图先把接线支架组装在一起我们按图先把接线支架组装在一起我们按图先把接线支架组装在一起我们按图先把接线支架组装在一起，再擦在电路板再擦在电路板再擦在电路板再擦在电路板上焊接上焊接上焊接上焊接。安装安装安装安装ICIC插座是注意各插座是注意各插座是注意各插座是注意各IC引脚是不同的引脚是不同的引脚是不同的引脚是不同的。确认确认确认确认ICIC引脚引脚引脚引脚1113号时号时号时号时，是按是按是按是按ICIC缺口标记缺口标记缺口标记缺口标记，当当当当ICIC脚面对自己时脚面对自己时脚面对自己时脚面对自己时，顺时针数顺时针数顺时针数顺时针数123123引脚号引脚号引脚号引脚号，但不要急于安装但不要急于安装但不要急于安装但不要急于安装ICIC以免损坏以免损坏以免损坏以免损坏，要等全部焊接完成后调试时要等全部焊接完成后调试时要等全部焊接完成后调试时要等全部焊接完成后调试时再装再装再装再装ICIC集成电路集成电路集成电路集成电路4最后安装二极管最后安装二极管最后安装二极管最后安装二极管，三极管及其他三极管及其他三极管及其他三极管及其他二极管共有二极管共有二极管共有二极管共有55只只只只。测量二极管用万用表测量二极管用万用表测量二极管用万用表测量二极管用万用表1K1K档测其正反向电阻档测其正反向电阻档测其正反向电阻档测其正反向电阻，其中阻值小的一端黑表笔为二极管正极其中阻值小的一端黑表笔为二极管正极其中阻值小的一端黑表笔为二极管正极其中阻值小的一端黑表笔为二极管正极。三极管有一只三极管有一只三极管有一只三极管有一只5安装传感器安装传感器安装传感器安装传感器根据汽车实际情况根据汽车实际情况根据汽车实际情况根据汽车实际情况，可以有两种安装传感器的方法可以有两种安装传感器的方法可以有两种安装传感器的方法可以有两种安装传感器的方法垂直安装垂直安装垂直安装垂直安装和水平安装和水平安装和水平安装和水平安装。在汽车尾部中间的位置安装传感器在汽车尾部中间的位置安装传感器在汽车尾部中间的位置安装传感器在汽车尾部中间的位置安装传感器，比如在保险杆的上比如在保险杆的上比如在保险杆的上比如在保险杆的上面或下面面或下面面或下面面或下面，也可以再保险杆上打孔也可以再保险杆上打孔也可以再保险杆上打孔也可以再保险杆上打孔，将传感器直接安装其上将传感器直接安装其上将传感器直接安装其上将传感器直接安装其上。注意注意注意注意安装传感器时安装传感器时安装传感器时安装传感器时，需保证它与水平面成需保证它与水平面成需保证它与水平面成需保证它与水平面成9090度角度角度角度角。找一个合适的位置来固找一个合适的位置来固找一个合适的位置来固找一个合适的位置来固定主板定主板定主板定主板，离传感器越近越好离传感器越近越好离传感器越近越好离传感器越近越好。电路板全部安装焊接好后进行调试电路板全部安装焊接好后进行调试电路板全部安装焊接好后进行调试电路板全部安装焊接好后进行调试。在安装过程中焊接是重要的工序之一在安装过程中焊接是重要的工序之一在安装过程中焊接是重要的工序之一在安装过程中焊接是重要的工序之一。良好的焊接应具备以下特点可靠的电气连接；足够的机械强度；光洁整齐的外观，即金属表面焊锡适量，外表具有金属光泽，没有拉尖、裂纹现象，表面平滑有半弓下凹。焊接步骤把焊接烙铁推向引脚；将少量的焊锡放在烙铁尖上，可以使热度从烙铁传到金属铂上，焊锡从电烙铁对面送到焊件上，在另一面焊锡，元件和烙铁的热度就可以熔化焊锡；焊完后切断多余的引脚。52调试调试调试调试实验焊接完毕后根据设计线路图进行调试，以便检测其实际的性14能。将主板上的，GND,V,RW,DIS,S1和S2与传感器PCB上的对应连接，保证主板与传感器PCB的距离为50CM调节变阻器RV1至中间位置。给GND和极供12V直流电。如果用手感试验，一张纸放到传感器前，就能听到蜂鸣器的报警音。156总结总结总结总结超声波测距是一种非接触测距，在很多应用场合有其它方式不可比拟的优越性。本文所设计的倒车雷达系统是保障汽车倒车安全的辅助系统，通过超声波探头发出超声波，算的精度。倒车时当汽车与障碍物的距离小于我们所设定的安全距离时，系统便通过语音集成电路发出报警，提醒驾驶员，防止汽车的碰撞或擦伤，具有很强的实用性，而且该设计结构简单。通过老师的帮助和借鉴经验人士的思想和电路以及自己的创新顺利设计出能够满足设计要求的超声波汽车倒车探测器。实验证明，本探测器的性能比较稳硬件设计中充分考虑回波信号的复杂性和不稳定性，对其进行放大、滤波与检波处理，定，结构简洁。较好的完成此次设计任务。16致致致致谢谢谢谢在我进行毕业设计的学习和论文的撰写过程中，老师和同学给予我大量的支持和帮助，特别是设计过程中，因为有老师的指导，同学之间的相互配合，团结合作，才能顺利的完成了设计。在此我对他们表示衷心的感谢，在我即将完成学业之际，我要向我的导师致以祟高的敬意和深深的谢意。我能顺利的完成课题和论文与老师们的精心指导和辛勤劳动是和同学间的互助是分不开的。老师以他们踏实肯干、孜孜不倦的工作精神影响着我，使我在学习上不断提高进步，在我在今后也将受