对射式红外线计数器设计报告.docx

对射式红外线计数器设计报告一、【设计任务】红外光电反射式计数器二、【设计目的】掌握微弱信号的传送方式，以及接受信号的放大、检波、反向处理、以及传感器知识；掌握555时基电路构成单稳触发器、多谐振荡器的设计方法；掌握数字电路计数、译码、显示系统的工作原理及设计方法。本文所设计的计数器是采用反射式红外线方式，抗干扰性好，可靠性高。可用于测量宾馆、饭店、商场、超市、博物馆、展览观、车站、码头、银行等场所的人员数量及人员流通数量，同时丝毫不会侵犯到被测人员的个人隐私。该产品应用广泛，也可以测量流水线上的产品的数量，以及可检查产品有无缺损。本电路的指导思想是利用红外发光管发射红外线，红外接收管接收此红外线，并将其放大、整流形成高电平信号。当有人或物挡住红外光时，接收管没有接收到红外信号，放大器将输出低电平，同时计数器计数这个低电平脉冲，并经译码驱动电路使数码管显示数值。这样就得到要统计的人或物的数量。计数范围在0999之间，如果需要还可扩展。三、【指标要求】设计、制作一个反射型计数器，对从检测头前方经过的人手进行检测，当人手通过时，计数器计数值自动加一，反射感应距离大于5CM，系统供电电压不大于9V。四、【方案论证】方案一：放大整形部分采用CD4069三个与非门构成负反馈放大电路放大，采用反相器构成的施密特触发器方案二：放大整形部分采用LM324同相放大，采用LM324构成的比较器整形五、【所涉及主要电路】1、发射器发出的红外光信号经过反射进入接收管变为电信号，电信号经过放大比较整形变换为触发脉冲。2、为了增加作用距离，建议采用脉冲红外光交流驱动模式。3、触发脉冲作为加法计数器的计数脉冲，完成计数过程。4、七段LED数码管完成计数信号显示。六、【实验原理及参数设定】工作原理：红外光电反射式计数器电路原理框图如图1所示，其原理图如图2所示。555构成的多谐振荡器产生约330赫兹的方波信号，驱动红外发射管VD1发射红外线脉冲。当有手阻挡时，红外线脉冲即被反射回来,由VD2接收并转换为电信号，因出现50赫兹灯光干扰，经高通滤波滤除，再经LM324构成的同相放大器放大，再经LM324构成的电压比较器整形为方波信号，包络检波后由LM324构成的电压比较器整形为幅值较大的信号，得到的方波信号经555构成的单稳态触发器延时整形，再经非门后得到的信号作为触发脉冲接到集成同步十进制计数器74LS160的CP端，计数由CD4511驱动的七段LED数码管显示。整个电路均使用5V直流稳压电源为各单元电路供电。主要单元电路分析：（1）555多谢振荡器：用555时基电路构成的多谐振荡器电路是一种将模拟电路和数字电路结合在一起的混合集成电路，由于具有宽范围的单电源电压，可输入模拟电平，输出驱动功率较大、定时准确等特点，得到广泛应用。555时基电路具有八个引出端，管脚排列如图3发射红外线去控制相应的受控装置时，其控制的距离与发射功率成正比。为了增加红外线的控制距离，红外发光二极管工作于脉冲状态，因为脉动光（调制光）的有效传送距离与脉冲的峰值电流成正比，只需尽量提高峰值Ip，就能增加红外光的发射距离。提高Ip 的方法是减小脉冲占空比，即压缩脉冲的宽度，本设计电路采用产生占空比20%，频率越为330HZ的多谐振荡电路，充电回路为 经 、 对C充电，时间常数为 C。放电回路为C经 、 和放电管V放电，时间常数为 C。 0.7 C 0.7 C 则占空比q= 振荡频率 因此参数选定如下： =10 =33 C=0.1 。（2）红外检测电路：采用脉冲式主动红外线检测电路，由红外发射二极管VD1和红外接收二极管VD2等组成。VD1在多谐振荡器驱动下发射332HZ的方波脉冲调制的红外线脉冲。由于在结构上VD1与VD2平行安装，指向相同，因此VD2并不能直接接收到VD1发出的红外线脉冲。只有当手阻挡时，将VD1发出的红外线脉冲反射回去，VD2才能接收到。采用方波脉冲调制发射的红外信号，有利于提高检测电路的灵敏度和抗干扰能力，并能够降低发射电路的功耗。 是VD1的限流电阻。 是VD2的负载电阻。（3）隔直及高通滤波：接收到的信号可能存在直流干扰，故采用 的电解电容进行隔直处理，隔直电容 与 又构成高滤波电路， 为滤除50HZ的干扰波， 应大于50，小于332HZ, 取2K。（4）LM324构成的放大整形电路：LM324采用5V单电源供电，放大电路为同向放大，放大约16.5倍，输出信号送入另一运放的同向端，给反向端提供约0.8V基准电压，进行电压比较，当输入电压大于0.8V时，输出高电平，反之，输出低电平。因此参数设定如下： 。（5）峰值检波电路及整形：峰值检波电路由二极管VD3和 低通滤波串联而成。整形电路为324构成的电压比较器，其作用是将整形电路输出的方波信号变成触发脉冲。峰值检波电路的要点是阻容元件的时间常数 远小于输入信号的脉宽。（6）555单稳态触发器：延时驱动电路采用555时基电路构成的单稳态触发器，输出脉冲的宽度tw等于暂稳态的持续时间tw等于电容电压在充电过程中，从0上升到 所需要的时间， ，以此延迟消除毛刺。参数设定如下： ，（7）计数显示电路：由集成同步十进制74LS160实现计数，CD4511驱动数码管七、【组装调试】脉冲驱动红外检测，可以使用单稳态触发器检测、脉冲检波等方案。组装焊接：在结构上，VD1和VD2应并列平行安装，按照电路图以此焊接，注意布局美观，最好做到无交叉线，在万能板周边先布地线。调试的方法：1、断电检查硬件电路完成之后，逐个检查焊点，及对照原理图检查硬件电路。2、按照老师的指标、整个调试过程分层次进行，先调试单元电路，再调试模块电路，最后系统联调。3、通电检查：加入正常电压，观察各模块工作波形及工作电压有无异常。4、单元电路调试：利用信号源或其他实验仪器判断各单元电路的工作状态。5、整机联调：从最前端到末级进行统调，检查各级动态信号工作情况，分析是否满足设计要求。6、参数计算和器件选择：555等脉冲红外驱动发射、74LS160、 LM324、CD4511、数码管及电阻及电容若干, 红外耦合反射式对管。序号符号名称规格数量1CD45114线-8线译码器1274LS160十进制加法计数器13NE555多谐振荡器14NE555单稳态触发器15R电阻10016R电阻47017R电阻1K88R电阻2K29R电阻4.7K210R电阻5.1111R电阻10K312R电阻33213R电阻100114C电容104215C电容103216C电容1117C电容47uF218二极管In4148319二极管红外对管一对20LED共阴极显示器12174LS00四与非门122LM324放大器1六、【所有相关测试数据】（1）555多谐振荡器产生的方波驱动信号波形（2）VD2接收到的信号带有50HZ灯光干扰，经隔直滤波后得到的波形如下（3）放大整形后的信号波形（4）峰值检波后的信号波形检波整形后会得到一条带有毛刺的直流信号会导致计数器连续翻转（5）经过555单稳态触发器延时后的信号波形七、【设计总结】（一）设计过程中常见的问题及解决办法：1、用包络检波与波形比较之后，产生毛刺太多，导致计数脉冲多次触发，故我们组用了555单稳态触发器，对电路进行延时处理2、红外线反射管工作时引入强烈的50Hz交流电干扰：用高通滤波电路对50Hz交流信号滤除。3、多谐振荡器产生的方波的占空比过大：采用加二极管将555构成多谐振荡器（因为不加二极管的多谐振荡器占空比不小于1/2）。4、为防止没有物体经过时使黑管接收信号，用挡板将发射与接收管隔离。（二）心得体会：通过本项目的制作，我们电子设计有了进一步地了解，提高了对电子设计的兴趣，增强了大家团队的协作能力，深化了理论知识，锻炼了自己动手能力，学到了很多解决实际问题的方法。八、【参考文献】 光电子电路及制作实例 北京：国防工业出版社 2006 高频电