毕业设计（论文）-红外发射—接收计数器设计.doc

1目录摘要.2引言.3第一章工作分析1.1节设计要求41.2节电路设计分析41.3节工作流程图.4第二章原理分析2.1节工作原理52.2节元器件的介绍8第三章电路板的生成3.1节电路板的布局图.153.2节电路版的焊接.16第四章电路版的检测4.1节电路版的调试.174.2节检测电路版注意事项.17第五章总结17参考文献.18附表.182摘要红外发射接收计数器设计电路由两部分组成：光电计数部分和计数显示部分。光电计数部分主要采用的是红外发光二极管与光敏三极管，后接电压比较器，光电耦合技术，将光信号转化为脉冲信号。计数显示部分采用的是CD4518对脉冲信号同步二进制计数，经数码管显示出来。数码管LED技术，将实际生产中机械或者人工计数方式转变为自动化的电子计数，利用LED显示出来，计数器对某物件进行自动计数，在实际生产生活中具有广泛的应用，对通过的物体进行计数，实现统计数据的搜集，如在生产流水线包装数量控制等领域的应用，能节省劳动力有能高效地完成任务。光电计数器采用光电传感器构成的广电门实现对通过光电门的物体进行计数，是一种非接触式计数，在部分场合有着其无比的优越性，从而使其广泛应用于工业生产、实时监测、自动化控制等领域。本作品为实现光电计数器的功能，采用的数字电路，以红外对射光电传感器为传感器件。电路主要分为信号采集电路、两位十进制计数电路、数码显示电路、报警电路四个模块，分别实现对通过光电门的物体感应，计数，显示。计数范围为099作品电路主要采用常用分立元件和小规模集成电路，结构简单可靠，简单直观，电路装置省去了能耗大、笨重、极易产生热量的电源变压器，具有结构简单、自耗电轻微、性能稳定、灵敏度高、通用性强的特点。关键字：红外-发射电压比较器光电耦合器计数器译码器数码管3前言自动化的计数提高了工业生产上的效率以及准确性，计数的自动化和智能化最终能加速实现现代化的工业。随着生产自动化、设备数字化和机电一体化的发展,对光电计数器的需求日益增多。光电计数器设计一方面是为了巩固课本所学知识，完成知识迁移，另一方面加强动手能力，识图能力及设计能力。光电计数器在实际生产中已经得到了广泛的应用。在应用中，光电传感器部分主要有光电断路器和光电开关，但在工业生产中主要使用的是光电开关，计数电路有CD4518芯片组成的，实际功能差别不大。基本设计要求：本次设计光电计数器，要求使用红外发光二极管、红外接收二极管，实现计数功能，能实现两位数的计数，计数范围099。光电计数器在本论文设计中主要是由LM393电压比较器，4N35光电耦合器，CD4518计数器，CD4543译码器，电源部分，发射部分，接受部分，数码显示部分构成。光电断路数码管LED等构成的计数器电路时为了脉冲信号进行计数。因此，也可以说该电路是由这两部分电路组成。本设计计数器可将机械或人工计数方式变为电子计数形式，并且采用LED数码管来计数显示，简单直观明了，可使用于诸多行业，从而以满足现代生产、生活等方面的日益需求。有工件经过时，挡住发射器发出的红外光信号无法发射到接收器上，接收器接收到发射来的红外线信号便输出一个脉冲信号到器进行计数。在实际的啤酒，机械或者人工计数等灌装生产线上，当瓶子从光源和光接收器之间通过时，通过光电转换将光的变化转换成输出电压的变化，经过后续处理实现自动计数。电路原理示意图：电源光电发射-接收电压比较数码管显示译码器计数器光电耦合器4第一章工作分析1.1节设计要求（1）可以代替人工计数或者机械计数，实现两位数范围099的计数（2）可以做到隔离红外光发射来控制计数的次数（3）可以自动循环计数（如啤酒机，过带），通过隔断红外光线实现计数（4）PCB板的上接同一的电源和地（5）焊接时，注意焊头的的完美，避免出现虚焊、漏焊现象（6）PCB板的要求布局美观1.2节电路设计分析基本组成：1）：电源电路：由9V电源提供2）：红外发射-接受控制电路：发光二极管和红外接受三极管构成3）：电压比较器电路：由LM393芯片提供反相电压，进行比较输出4）：光电耦合器：由4N35芯片提供光电耦合作用5）：放大电路：由VT2三极管对信号进行放大，输出脉冲信号6）：计数器：CD4518芯片，提供双向计数功能7）：译码器：由CD4543芯片提供译码功能，对模拟信号进行解码输出8）：七段数码管：显示功能1.3节工作流程图整个电路的功能是将红外三极管接收到的光信号,经过电压比较、耦合、放大、然后通过计数、解码，显示。电源译码红外发射与接收译码计数光电耦合电压比较显示显示图1电路流程图5第二章原理分析2.1节工作原理数字式电子计数器有直观和计数精确的优点，目前已在各种行业中普遍使用。数字式电子计数器有多种计数触发方式，它是由实际使用条件和环境决定的。有采用机械方式的接触式触发的，有采用电子传感器的非接触式触发的，光电发射接收是其中之一，它是一种非接触式电子传感器。采用光电传感器制作的光电式电子计数器如图所示。这种计数器在工厂的生产流水线上作产品统计，有着其他计数器不可取代的优点。该例光电触发式电子计数器只有两位数，但通过级联可以扩展为四位，甚至多位。图2电路原理图为使模块稳定工作，须有可靠电源。我们考虑了电源方案如下：采用独立的稳压电源。此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用；缺点是各模块都采用独立电源，会使系统复杂，且可能影响电路电平。电源的电路图如下图所示。6图3电源发射和接收部分光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件，它由发光源和受光器两部分组成。为了能准确地远距离地感应到有人进入或离开电影院，就必须选择敏感性高且稳定的信号感应器件，而光电耦合器满足这个条件。光电耦合器是发光源和受光器件组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器件的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三级管等，实际电路发光源选用高亮发光管和硅光电池。L1和L2为高亮发电管，BT1和BT2是硅光电池。滞回电压比较器原理由于运放工作在非线性区，输出只有高低电平两个电压omU和omU，当omUou时，如图所示同相输入端电压U+的上门限值为:fRRomURfRRRUfRfRRomURRUfRRURUoufRRRTHU22222)(221随iu增大达到1THU后，ou由omU跳变为omU。7图4滞回比较器当omUou时，如图所示同相输入端电压U+的下门限值为：fRRomURfRRRUfRfRRomURRUfRRURUoufRRRTHU22222)(222随iu减小达到2THU后，ou由omU跳变为omU。我们把上门限电压1THU与下门限电压2THU之差称为回差电压THU:fRRRomUTHUTHUTHU22221回差电压的存在，大大提高了电路的抗干扰能力。只要干扰信号的峰值小于半个回差电压，比较器就不会因为干扰而误动作。数码显示电路该电路是实现将计数电路的计数值以直观的数字方式显现出来，只需实现基本要求即可，无特殊要求。计数电路输出两组BCD码，为了使电路简单，应选用BCD码七段数码管译码驱动器，而七段数码管的选择与之配套。译码器无特殊功能要求。这里选用了常用的74LS48共阴数码管驱动器，配套选取共阴八段数码管，但小数点位不用。CD4543为内部有上拉电阻的BCD七段数码管译码器/驱动器，输出端为高电平有效，可用于驱动缓冲器或共阴数码管。其功能表如下所示：