基于紅外測(cè)距傳感器的倒車?yán)走_(dá)電路板設(shè)計(jì)

王麗博　王慶平

摘 要：介紹了一種基于紅外測(cè)距傳感器的倒車?yán)走_(dá)電路板，該電路板使用紅外發(fā)射管和紅外接收管作為傳感器件，測(cè)距進(jìn)行分段顯示。紅外測(cè)距倒車電路板具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性價(jià)比高、電路工作穩(wěn)定的特點(diǎn)，可應(yīng)用于傳感器教學(xué)課堂、學(xué)生電子組裝調(diào)試學(xué)習(xí)及各種測(cè)距效果演示等場(chǎng)合。

關(guān)鍵詞：紅外測(cè)距;傳感器;倒車?yán)走_(dá);電路板設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TN219文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.10.008

0 引言

隨著傳感器技術(shù)快速發(fā)展，傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域迅猛擴(kuò)大，其中紅外傳感器測(cè)距的應(yīng)用案例也越來(lái)越多。紅外測(cè)距傳感器具有一對(duì)紅外信號(hào)發(fā)射與接收二極管，光線照射到物體后產(chǎn)生反射現(xiàn)象，發(fā)射光會(huì)反射到接收管，接收管將光能轉(zhuǎn)換為電能，對(duì)電能進(jìn)行處理，計(jì)算分析物體距離。本文設(shè)計(jì)的基于紅外傳感器的倒車?yán)走_(dá)電路板，可以較好地反應(yīng)出障礙物與電路板之間的距離，并通過三個(gè)不同顏色的發(fā)光二極管指示距離（測(cè)試距離為：10～30 cm）。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 紅外雷達(dá)倒車電路板制作方案

汽車開始倒車時(shí)，紅外傳感器時(shí)刻檢測(cè)周圍障礙物距離情況，如果在檢測(cè)范圍內(nèi)有障礙物，則進(jìn)行指示燈報(bào)警。紅外倒車?yán)走_(dá)電路板主要由多諧振蕩電路、紅外信號(hào)發(fā)射與接收電路、紅外信號(hào)放大及電壓比較電路、指示燈顯示電路構(gòu)成。

發(fā)射電路主要使用功能是將電能轉(zhuǎn)換成近紅外光并向外進(jìn)行輻射，紅外接收電路可將紅外光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。當(dāng)汽車倒車時(shí)，紅外傳感器件檢測(cè)汽車后方是否有障礙物，并將障礙物的距離進(jìn)行指示。紅外倒車?yán)走_(dá)測(cè)距系統(tǒng)組成如圖1所示。

紅外測(cè)距倒車系統(tǒng)主要由發(fā)射、接收、處理、顯示4個(gè)模塊構(gòu)成，電路的核心元件包括NE555和運(yùn)放LM324。

NE555為8腳集成器件，集成了模擬電路和數(shù)字電路，它具有體積小巧、穩(wěn)定可靠、電源范圍寬、適用范圍廣等特點(diǎn)，外部電路配合少量的電阻、電容即可組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，完成特定的振蕩延時(shí)作用。故經(jīng)常使用NE555器件用于產(chǎn)生脈沖波形及波形變換。

LM324屬于表面貼裝型元器件，是一個(gè)四路運(yùn)算放大器，每一個(gè)運(yùn)算放大器都有5個(gè)引出腳，其中兩個(gè)是信號(hào)輸入引腳。該運(yùn)算放大器具有差分輸入功能，其工作電壓為：3～32 V。

紅外測(cè)距倒車系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)如圖2所示。

發(fā)射電路：NE555及周圍元件組成多諧振蕩器，產(chǎn)生紅外波信號(hào)，經(jīng)U1第3腳輸出并驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管HF發(fā)射紅外信號(hào)。

接收電路：紅外發(fā)射管發(fā)射的紅外信號(hào)經(jīng)前方障礙物反射后由紅外接收管HJ接收，并送至U2A及周圍元件組成的放大電路進(jìn)行信號(hào)放大。

信號(hào)處理電路：LM324主要用來(lái)放大紅外接收信號(hào)和構(gòu)成電壓比較器電路。放大后的紅外接收信號(hào)經(jīng)U2A的第1引腳輸出，信號(hào)經(jīng)C3、D1和C2的耦合整流濾波后送至U2B、U2C 、U2D的反相輸入端，反相輸入端電壓分別與對(duì)應(yīng)的同相輸入端電壓進(jìn)行比較，當(dāng)同相輸入端電壓低于反相輸入端電壓時(shí)，運(yùn)算器輸出為低電平，從而使得與其連接的發(fā)光二極管導(dǎo)通，即LED燈亮。

顯示電路：使用三個(gè)發(fā)光二極管用來(lái)指示倒車距離范圍。根據(jù)LM324電壓比較后的結(jié)果實(shí)現(xiàn)LED5、LED6、LED7三盞指示燈亮滅情況，三盞燈配合指示距離遠(yuǎn)近的效果。

2 電路調(diào)試

安裝電路板之前要對(duì)所有元器件進(jìn)行檢查，確保所有器件均能正常工作。焊接電路板時(shí)，可以使用兩根引線直接焊接在PCB的電源和地線上，以便后期調(diào)試。

紅外倒車?yán)走_(dá)電路板采用分步調(diào)試的方法。首先，按照原理圖檢查線路中各個(gè)元器件之間的連接關(guān)系是否無(wú)誤，焊接中是否存在漏焊、虛焊、短路等問題。如果線路無(wú)問題后就開始進(jìn)行功能電路檢查。

接入9 V工作電壓（注意電壓正負(fù)極不要接反），開始發(fā)射電路功能調(diào)試。使用示波器觀測(cè)NE555集成塊的輸出端（第3引腳）是否有方波信號(hào)輸出。同時(shí)，用萬(wàn)用表測(cè)試紅外發(fā)射管的工作是否正常，觀測(cè)其兩端是否有輸出電壓即可。發(fā)射電路功能調(diào)試完成后，開始對(duì)發(fā)射電路進(jìn)行功能調(diào)試。

最后，進(jìn)行整體調(diào)試。用物體遮擋紅外光發(fā)光管，理論上講此時(shí)紅外接收管應(yīng)該可以接收到反射的紅外光信號(hào)，即車距指示燈LED5、LED6、LED7會(huì)亮，但是如果不亮，考慮距離問題，上下調(diào)整障礙物距離，同時(shí)需要檢測(cè)振蕩電路，使用示波器觀察NE555集成塊的輸出端的輸出波形是否正確，然后用萬(wàn)用表排查元器件的焊接情況，排查故障修復(fù)好后重新調(diào)試，確定沒有問題后，可以緩慢調(diào)節(jié)兩個(gè)滑動(dòng)變阻器RP1和 RP2，使兩個(gè)可調(diào)電位器相互配合，最終調(diào)整出一個(gè)較為合適的阻值，滿足障礙物距紅外倒車測(cè)距電路板30 cm時(shí)LED5燈亮，20 cm時(shí)LED5、LED6燈亮，10 cm時(shí)三盞燈全亮。

3 電路板測(cè)試及測(cè)試結(jié)果

隨著障礙物距離越來(lái)越近，指示燈個(gè)數(shù)增加，30 cm時(shí)一盞燈亮，20 cm時(shí)兩盞燈亮，10 cm時(shí)三盞燈亮。使用一張白紙進(jìn)行測(cè)距調(diào)試，調(diào)試效果如下圖3所示。

該紅外測(cè)距倒車電路板使用兩個(gè)可調(diào)電位器RP1和 RP2。其中RP1調(diào)節(jié)反射距離，RP2調(diào)節(jié)靈敏度，測(cè)試前調(diào)節(jié)兩個(gè)電位器，相互配合下可以嘗試距離30 cm時(shí)LED5亮，距離20 cm時(shí)LED5和LED6亮，距離10 cm時(shí)三盞燈全亮。

4 總結(jié)

通過測(cè)試，該紅外測(cè)距倒車電路板可以在電源供電條件下實(shí)現(xiàn)障礙物測(cè)距功能，并且隨著障礙物距離的改變，指示燈亮的數(shù)目也隨著改變，距離越近時(shí)，發(fā)光二極管亮得越多。障礙物在安全測(cè)距范圍外時(shí)，指示燈均不亮，滿足汽車倒車指示要求。

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