课程设计---自行车用速度计.doc

东 北 石 油 大 学课 程 设 计课 程 电子技术课程设计 题 目 自行车用速度计 院 系 电气信息工程学院自动化系 专业班级 自动化10-6 学生姓名 李奇 学生学号 100601140622 指导教师 赵玉峰 陶国彬 2012 年 7月 1日东北石油大学课程设计任务书课程 电 子 技 术 课 程 设 计 题目 自行车用速度计 专业 自动化 姓名 李奇 学号 100601140622 主要内容：利用车轮的转速来测定自行车的前进速度。基本要求：1.利用光电传感器与计数器、基准脉冲(0.18s)发生部分电路组合起来。2.无接触式的检测自行车的速度3.将检测到的速度用数显示式显示主要参考资料：1 李万臣. 模拟电子技术基础实验与课程设计M.北京：机械工业出版社，1994.112 黄继昌. 实验单元电路及其应用.北京电子报.1995年第22期3 杨邦文. 新型实用电路制作200例.北京：高等教育出版社，19954 阎石主. 数字电子技术基础.北京：科学出版社.19885 童诗白. 模拟电子技术基础.电子技术应用.1991年第9期6 王吉浩.电子技术实验与课程设计设计指导M.高等教育出版社，1997.7 梁言贵现代电路集成手册北京：电子工业出版社,1997完成期限 2012.6.25-2012.7.1 指导教师 赵玉峰 陶国彬 专业负责人 2012年 6 月24 日目 录1 任务和要求12 总体方案设计与选择12.1自行车用速度计原理12.2设计总思路23 电路总原理框图设计23.1 电路图23.2元件明细表54 单元电路设计54.1车轮转动的探测54.2基准脉冲发生部分64.3计数器电路64.4锁存器及译码显示电路75 焊接调试过程76 设计总结7参考文献8电子技术课程设计（报告）1 任务和要求(1)任务：利用车轮的转速来测定自行车的前进速度(2)要求：1.利用光电传感器与计数器、基准脉冲(0.18s)发生部分电路组合起来。 2.无接触式的检测自行车的速度3.将检测到的速度用数显示式显示。2 总体方案设计与选择2.1自行车用速度计原理 假设车轮的圆周长是lm，而且每秒钟转动一圈。那么经过1h后将前进1m3600s1h=3600m。也就是说，车轮转动越快，车速也就越快，我们可以利用这个原理制作自行车用速度计。图1 自行车用速度计的原理示意图图1是利用辐条旋转的自行车用速度计的原理示意图。自行车的车轮有许多辐条，它支撑着轮箍。在车架上安装上红外二极管和光传感器构成的光电传感器，每当辐条通过传感器时会产生脉冲。如果把脉冲换算成距离用来表示速度，就是所谓的速度计。现在假设辐条与辐条之间的间隔是5cm，当行驶1 Km (1OOOOOcm )需要1h(3600秒)时，自行车以1 Km/h行驶时，每前进5cm需要时间为T=36001000005=360020000=0.18s，f=1T=10.18=5.55（Hz） 这样如果每隔0.18s就有辐条在光电传感器前通过，其运行速度就为1Km/h。也就是说，如果对0.18s间辐条通过光电传感器的次数进行计数的话，那么这个计数值就表示以Km/h为单位的速度。也就是说，每0.18s产生l个脉冲的速度就是1 Km/h。而如果每0.18s产生了10个脉冲，那么速度就为10Km/h。在前面的说明中认为自行车轮箍的辐条间距是5cm。对于比较粗糙的速度计这个数据已经足够了。如果想更准确的测定速度，就需要对自行车轮箍的辐条间距进行准确的测定。那么图和才能更准确的测定辐条的间距呢？在轮箍上做一记号使他转动，求得转动一周时的距离A，假设轮箍的辐条数为B.那么辐条间距即为A/B=C。所以发生基准脉冲的fosc为：T=3600*c/100000Fosc=1/T=100000/3600*c(Hz)这里3600s=1h，100000cm=1Km 例：以24英寸自行车为例。当A=188cm，B=36根，C=5.2cm时fosc= 100000/3600*5.2=5.34（Hz）2.2设计总思路有了上述光电传感器检测速度，如果把它再与计数器、基准脉冲(0.18s)发生部分电路组合起来，就可以构成自行车用速度计。图2是按照这个思路制作的速度计的电路原理框图。但计数器是直接用7段数字表示器表示计数的内容的，这就是说，计数器变化的情况全部都被显示出来。图2 电路原理框图3 电路总原理框图设计3.1电路图图3 发光部分带路和受光部分电路图4 计数器及译码显示电路3.2元件明细表元件明细表序号名称型号参数数量备注1.发光二极管32.三极管901313.反向器Sn74HC1424.计数器74HC16025.锁存器74HC17526.译码器CD4551127.七段数码显示管BS20228.电阻10019.电阻1K410.贴片电阻680K111.贴片电阻10K212.贴片电阻3301413.电容100PF214.电容0.1 f115.接线柱若干16.光电接收14 单元电路设计4.1车轮转动的探测车轮转动的探测利利用如图3所示的发光部分电路和受光部分电路。发光部分电路利用红外发光二极管，受光部分电路利用光电传感器，与光电计数器相比，由于检测距离短，所以电路变得简单。发光部分电路可以原封不动地用直流驱动。受光部分电路的放大倍数也不必很高。受光部分电路的反相器使用施密特反相器74HC14。实验时发现使用74HC04时常常发生误动作。74HC14引脚图4.2基准脉冲发生部分如上所述，显示大约每隔0.18s变化1次。这里基准脉冲发生部分电路采用RC振荡器。如果对准确性和稳定性的要求高，可以采用石英振荡器和计数器分频电路的组合电路。不过使用的RC数具将很多。如果再考虑到轮箍变形等因素引起的误差，那么仅仅使用准确的基准振荡起并没有实际意义，所以还足使用RC振荡器即可，利用上述RC振荡器产生fosc=5.55Hz即0.18s的振荡波形，如图4所示。74HC160引脚图4.3计数器电路每0.18s对计数器进行一次复位，这样计数器的任务是对每个0.18s的脉冲个数进行计数，如果计数为20个，则速度为20Km/h，如果计数为23个.则速度就为23Km/h。由于每0.18s对计数器进行复位一次，所以在复位前应用锁存器将上述的计数脉冲进锁存。这里计数器采用使用两片10进制计数器74HC 160，这是由于自行车的速度，如果慢行的话人约是10Km/h稍微加快大约有2030Km/h。所以可以采用两片10进制计数器级联，如图4所示。这样最高的速度计数可以达到99Km/h,最小刻度位为1Km/h。74HC175引脚图4.4锁存器及译码显示电路锁存器采用74HC175，译码芯片采.用CD4511，显示数、吗管采用1位7段数.字表示器BS202。由于计数器每0.18s复位一次，所以利用每到达0.18s时的进位信号开启锁存器进行锁存，之后立即对计数器进行复位。七段数码显示管引脚图CD4511引脚图5焊接调试过程自行车速度计的制作过程所需的芯片比较多，且芯片管脚焊接也比较麻烦，所以在制作过程需要特别小心，同时，各种芯片管脚图也该熟悉了解。再有，拿到的电路板也有一定的排线问题，比如该接地的没接地，气短数码显示管的管脚连线也都出现问题。这就需要我们割板、跳线焊接。计数器部分电路以及发光部分、受光部分电路制作在各自的基板上。工作中，没有脉冲进入时的显示为0。基准脉冲发生部分方便调整振荡脉冲，采用可变电阻器。发光部分和受光部分电路的基板分别装入圆筒形外壳内，固定在自行车的前车叉上，安装时注意尽量避免来自横向的光进入。利用受光部分的调整用LED对光轴进行重合调整。一旦光进入受光部分，LED就会发光。实际上在安装之前应在发光部分与受光部分之间设置遮蔽物，确认LED不发光。6 设计总结通过为期一周的课程设计，我深深的感觉到自己知识的不足，自己原来所学的东西只是一个表面性的，理论性的，而且是理想化的。做课设之前甚至不知道可变电位器怎么接，平时在电路图上随手就画一个，真正做得时候才知道并不是那么容易。 本次课程设计所设计的自行车用速度计基本符合设计要求，可以比较准确的测出自行车的速度，自行车上同时安装模拟式速度计和现在制作的数字式速度计，各自测定速度时所显示的速度基本相同。使用时发现使用模拟式速度测速时，由于结构上的原因，在突然加速它的指针并没有立即做出反应，而数字式速度计则总是即时显示出该时刻的速度。由于不需要与轮箍接触，所以使用时非常舒适。总之，这次我不但收获了努力的成果“声控开关”，还从中充分感受到了“只要功夫深，铁杵磨成针”。并坚信再难的困难我们也会努力去克服。通过这次课程设计我相信这对于我在以后的发展中具有深远的影响。参考文献1 李万臣. 模拟电子技术基础实验与课程设计M.北京：机械工业出版社，1994.112 黄继昌. 实验单元电路及其应用.北京电子报.1995年第22期3 杨邦文. 新型实用电路制作200例.北京：高等教育出版社，19954 阎石主. 数字电子技术基础.北京：科学出版社.19885 童诗白. 模拟电子技术基础.电子技术应用.1991年第9期6 王吉浩.电子技术实验与课程设计设计指导M.高等教育出版社，1997.7 梁言贵现代电路集成手册北京：电子工业出版社,19971附 录东北石油大学课程设计成绩评价表课程名称电 子 技 术 课 程 设 计题目名称自行车用速度计 学生姓名李奇 学号100601140622指导教师姓名赵玉峰陶国彬职称副教授副教授序号评价项目指