基于紅外測距傳感器的倒車雷達電路板設計

王麗博　王慶平

摘 要：介紹了一種基于紅外測距傳感器的倒車雷達電路板，該電路板使用紅外發射管和紅外接收管作為傳感器件，測距進行分段顯示。紅外測距倒車電路板具有電路結構簡單、性價比高、電路工作穩定的特點，可應用于傳感器教學課堂、學生電子組裝調試學習及各種測距效果演示等場合。

關鍵詞：紅外測距;傳感器;倒車雷達;電路板設計

中圖分類號：TN219文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.10.008

0 引言

隨著傳感器技術快速發展，傳感器的應用領域迅猛擴大，其中紅外傳感器測距的應用案例也越來越多。紅外測距傳感器具有一對紅外信號發射與接收二極管，光線照射到物體后產生反射現象，發射光會反射到接收管，接收管將光能轉換為電能，對電能進行處理，計算分析物體距離。本文設計的基于紅外傳感器的倒車雷達電路板，可以較好地反應出障礙物與電路板之間的距離，并通過三個不同顏色的發光二極管指示距離（測試距離為：10～30 cm）。

1 系統硬件設計

1.1 紅外雷達倒車電路板制作方案

汽車開始倒車時，紅外傳感器時刻檢測周圍障礙物距離情況，如果在檢測范圍內有障礙物，則進行指示燈報警。紅外倒車雷達電路板主要由多諧振蕩電路、紅外信號發射與接收電路、紅外信號放大及電壓比較電路、指示燈顯示電路構成。

發射電路主要使用功能是將電能轉換成近紅外光并向外進行輻射，紅外接收電路可將紅外光轉換成電信號。當汽車倒車時，紅外傳感器件檢測汽車后方是否有障礙物，并將障礙物的距離進行指示。紅外倒車雷達測距系統組成如圖1所示。

紅外測距倒車系統主要由發射、接收、處理、顯示4個模塊構成，電路的核心元件包括NE555和運放LM324。

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

LM324屬于表面貼裝型元器件，是一個四路運算放大器，每一個運算放大器都有5個引出腳，其中兩個是信號輸入引腳。該運算放大器具有差分輸入功能，其工作電壓為：3～32 V。

紅外測距倒車系統原理結構如圖2所示。

發射電路：NE555及周圍元件組成多諧振蕩器，產生紅外波信號，經U1第3腳輸出并驅動紅外發射管HF發射紅外信號。

接收電路：紅外發射管發射的紅外信號經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行信號放大。

信號處理電路：LM324主要用來放大紅外接收信號和構成電壓比較器電路。放大后的紅外接收信號經U2A的第1引腳輸出，信號經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應的同相輸入端電壓進行比較，當同相輸入端電壓低于反相輸入端電壓時，運算器輸出為低電平，從而使得與其連接的發光二極管導通，即LED燈亮。

顯示電路：使用三個發光二極管用來指示倒車距離范圍。根據LM324電壓比較后的結果實現LED5、LED6、LED7三盞指示燈亮滅情況，三盞燈配合指示距離遠近的效果。

2 電路調試

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

紅外倒車雷達電路板采用分步調試的方法。首先，按照原理圖檢查線路中各個元器件之間的連接關系是否無誤，焊接中是否存在漏焊、虛焊、短路等問題。如果線路無問題后就開始進行功能電路檢查。

接入9 V工作電壓（注意電壓正負極不要接反），開始發射電路功能調試。使用示波器觀測NE555集成塊的輸出端（第3引腳）是否有方波信號輸出。同時，用萬用表測試紅外發射管的工作是否正常，觀測其兩端是否有輸出電壓即可。發射電路功能調試完成后，開始對發射電路進行功能調試。

最后，進行整體調試。用物體遮擋紅外光發光管，理論上講此時紅外接收管應該可以接收到反射的紅外光信號，即車距指示燈LED5、LED6、LED7會亮，但是如果不亮，考慮距離問題，上下調整障礙物距離，同時需要檢測振蕩電路，使用示波器觀察NE555集成塊的輸出端的輸出波形是否正確，然后用萬用表排查元器件的焊接情況，排查故障修復好后重新調試，確定沒有問題后，可以緩慢調節兩個滑動變阻器RP1和 RP2，使兩個可調電位器相互配合，最終調整出一個較為合適的阻值，滿足障礙物距紅外倒車測距電路板30 cm時LED5燈亮，20 cm時LED5、LED6燈亮，10 cm時三盞燈全亮。

3 電路板測試及測試結果

隨著障礙物距離越來越近，指示燈個數增加，30 cm時一盞燈亮，20 cm時兩盞燈亮，10 cm時三盞燈亮。使用一張白紙進行測距調試，調試效果如下圖3所示。

該紅外測距倒車電路板使用兩個可調電位器RP1和 RP2。其中RP1調節反射距離，RP2調節靈敏度，測試前調節兩個電位器，相互配合下可以嘗試距離30 cm時LED5亮，距離20 cm時LED5和LED6亮，距離10 cm時三盞燈全亮。

4 總結

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

（05）