安全检测课程设计

1 目录目录 1 引言 2 2 设计要求 2 3 设计原理 3 4 方案设计 4 5 系统组成及各单元设计 5 5 1 系统组成 5 5 2 单元电路设计 5 5 2 1 信号采集电路部分设计 5 5 2 2 计数电路设计 6 5 2 3 数码显示电路设计 7 5 2 4 报警电路设计 9 6 结论 10 参考文献 11 附录 12 附录一 整体电路图 12 附录二 元件清单表 13 2 1 引言引言 21 世纪是信息时代 是获取信息 处理信息 运用信息的时代 传感与检 测技术的重要性在于它是获得信息并对信息进行必要处理的基础技术 是获取 信息和处理加工信息的手段 无法获取信息则无法运用信息 光电式传感器是将光信号转化为电信号的一种传感器 它的理论基础是光 电效应 这类效应大致可分为三类 第一类是外光电效应 即在光照射下 能 使电子逸出物体表面 利用这种效应所做成的器件有真空光电管 光电倍增管 等 第二类是内光电效应 即在光线照射下 能使物质的电阻率改变 这类器 件包括各类半导体光敏电阻 第三类是光生伏特效应 即在光线作用下 物体 内产生电动势的现象 此电动势称为光生电动势 这类器件包括光电池 光电 晶体管等 光电效应都是利用光电元件受光照后 电特性发生变化 敏感的光 波长是在可见光附近 包括红外波长和紫外波长 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 光电式传感器是其中之一 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 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 2 设计要求设计要求 1 基本要求 利用发光二极管和光敏三极管作为光电计数器的传感器进行计数 用数码 管显示计数值 当数码管显示值与设定值相同时报警 此外计数器停止计数 手动清除报警后可重新工作 2 提高要求 l 发光器件和光接收器之间的距离大于 lM 提示 由于距离较远 需要增 大发光二极管的电流 这种情况下只能采用脉冲供电方法 此时有物体和无物 体其输出频率会产生变化 3 2 有抗干扰技术 防止背景光和瓶子抖动产生计数误差 3 每计数 100 灯闪烁 2S 指示一下 3 设计原理设计原理 在光电计数部分我们考虑到脉冲信号的稳定度 方便检测是否能够产生脉 冲信号 因此在电压比较器和 NE555 之间我们选择了 NE555 又要利用遮断式 红外控制原理对通过的物件计数 为了感应良好 我们使红外发光管与光电接 收管相对安放 同时为避免自然光线干扰引起的误计数 同时因实验室条件有 限 在光电计数器工作时尽可能的让房间里没有自然光照射进来 每当物件通 过一次 红外光被遮挡一次 光电接收管的输出电压发生一次变化 这个变化 的电压信号通过放大和处理后 形成计数脉冲 去触发一个十进制计数器 便 可实现对物件的计数统计 该计数器系统总体设计方案较为简单 用光电感应器实现对生产线产品的 数量的采集 将信号传送到防干扰的迟滞比较器 共经过两级比较器 传输信 号脉冲 通过 74LS160 计数器进行计数 计数范围是 0 99 通过 4511 七段译 码器进行译码 输出信号给 LED 数码管进行显示 其中 个位计数器的进位标 志位接到十位计数器的计数控制端 CET 和 CEP 控制十位计数器工作计数 因为 74LS160 是十进制计数器 计数的结果是 BCD 码 0000 1001 经过译码器数码 管后显示的十进制 00 99 本设计还实现了十位数的动态 零消隐 当 计数结果不超过 10 时 十位数的数码管无显示 原理就是将十位计数器的输出 端通过 4072 进行相或 从而只有当数码管个位显示时十位数码管 BL 端低有效 即十位数码管熄灭 本设计还实现清零时 是两位数码管都显示 0 因为这 样可以让工作人员方便确定计数系统工作正常 原理就是利用 7404 的非门功能 输入端接复位端 输出与十位七段译码器的灭灯输入端 BL 端相接 每当复位时 BL 就会输入高电平 从而使两个数码管都会清零 实际情况下 生产线上产品每经过光电传感器 信号在通过两级比较器后 就会有一个上升沿信号作为时钟信号 控制计数器工作 同时计数开始 可以 连续实现对 100 个产品进行计数 如需重新开始 只要按下清零按键就能重新 计数 4 4 方案设计方案设计 系统设计方案遵循几大块 第一 光信号的采集 光能否被接收会产生不 同的信号 将其转换成高低电平 第二 计数器记录高低电平的变化 实现计 数功能 第三 计数器计满后 输出信号通过单稳态触发器 产生 2 秒延时 同时驱动相应的蜂鸣器电路与 LED 电路 方案采用 74KS160 实现计数功能 用与门和或门实现反馈或控制功能 最 后采用 74LS47 共阳数码管显示计数值 简化电路图如下图所示 图 2 1 运用 74160 构成计数电路 5 5 系统组成及各单元设计系统组成及各单元设计 5 1 系统组成系统组成 5 2 单元电路单元电路设计设计 5 2 1 信号采集电路信号采集电路部分设计部分设计 该电路主要由光电转换电路 信号滤波比较电路组成 光电转换电路采用红外发光二极管和光敏三极管作为光电转换传感器 采 用典型电路 如图 图 3 2 信号采集电路 光电转换电路输出信号在无物件遮挡住光线时 输出含有直流交流分量的 信号 再有物件遮挡光线时 输出是一电压较低的直流信号 因此通过滤波电 路 可以将两种信号转换为不同电压的直流信号 再通过一定阈值的比较器 可以将两种信号转换为数字电路中的高低电平 从而控制后续电路 光检测光检测 超过设定值报警超过设定值报警 二 十进二 十进 制计数器制计数器 BCD 码码 BCD 码 码 七段译码七段译码 器器 数数 码码 管管 6 5 2 2 计数电路计数电路设计设计 计数电路主要采用计数器统计信号采集电路输出的脉冲个数 实现对物件 计数的功能 为了使电路简单化 减少其它器件的使用 通过查看各种计数器 芯片的技术手册 选取 74LS160 为该电路计数元件 下图所示为计数电路 图 3 3 74160 组成计数电路 图3 4 74160管脚图 74LS160 同步置数功能 当 LD 的非 为有效电平时 计数功能被禁止 在 CP 脉冲上升沿作用下 D0 D3 的数据被置入计数器并呈现在 Q0 Q3 端 若接成七进制计数器 控制 置数端的信号是 N 7 状态 如在 D0 D3 置入 0000 则在 Q0 Q3 端呈现的数 据就是 0110 7 模模 10 加加法法计计数数 1111 保保持持 CO 00 11 保保持持 011 同同步步置置数数 01 异异步步清清0 0 0 功能 EPETLDCRCP 图3 5 74160 功 能 表 5 2 3 数码显示电路数码显示电路设计设计 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 图 3 6 数码管组成的显示电路 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 74LS47 共阳数码管驱动器 配套选取共阳八段数码管 但小数点位 不用 74LS47 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 低电平有效 可用于驱动缓冲器或共阳数码管 其功能表如表 3 7 所示 8 图 3 7 74ls47 真值表 数码管通常有发光二极管 LED 数码管和液晶 LCD 数码管 数码 管是共阴极数码管 译码器的输出端接到数码管的输入端 输出端与地之 间接电阻 510 欧姆限流保护数码管 否则数码管容易烧坏 本设计提供的 为 LED 数码管 共阴极 其引脚图如图所示 9 5 2 4 报警电路报警电路设计设计 该电路是为了实现每计数 100 用灯闪烁 2S 指示一下功能而设计的 根据 计数电路介绍 当计数器由 99 回转向 0 时 FLASH 输出端将输出一个下降沿 因此可以用此信号来触发报警电路 用以触发由 555 构成的单稳态触发器 使 其输出一个两秒的高电平 用以控制 555 多谐振荡器使其工作两秒 输出为时 两秒的低频率方波 使 LED 灯闪烁 2s 暂稳态的持续时间 w t 即为延时时间 决定于外接元件 R C 值的大小 通过改变 R C 的大小 可使延时时间在几个微秒到几十分钟之间变化 当 这种单稳态电路作为计时器时 可直接驱动小型继电器 并可以使用复位端 4 脚 接地的方法来中止暂态 重新计时 按要求 sRCtw21 1 为使 R 和 C 都不至取得过大 选取 C 8 C 为 10 F R 11 R 为 20K 如图所示 图 3 8 555 组成的单稳态电路 10 6 结论结论 进过自己与同组人员的努力制作和调试 我们的光电计数器终于完成 电 路板调试成功 满足了设计要求中的基本要求及大部分提高要求 并且计数显 示部分的计数位数具有直接扩展性 从这次课程设计中 学到了很多的专业知 识 以及一些宝贵的心得 从找寻参考书这方面来说 别人的答案只能参考 不能照搬 要有独立的见解 善于发现错误 勤于讨论和提问 这样才能改正 错误 起初 拿到设计要求的时候 大脑是很空白的 因为这就是专业知识的缺 乏成为了整个过程最大的阻力 书到用时方知少 此时才知自己专业知识 的贫乏 通过不懈的找寻 查资料 以及向老师提问 对于电路的构造和基本 设计有了大概的蓝图 通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的 只有理论知 识是远远不够的 只有把所学的理论知识与实践相结合起来 从理论中得出结 论 才能真正为社会服务 从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力 在设计的过程中遇到问题 可以说得是困难重重 这毕竟第一次做的 难免会 遇到过各种各样的问题 同时在设计的过程中发现了自己的不足之处 对以前 所学过的知识理解得不够深刻 掌握得不够牢固 最后衷心的感谢指导老师 以及参与讨论的同学们的耐心指导与鼎力相助 通过这次设计 巩固了之前学习的安全监测技术的相关知识 并把这些知 识运用到实际中 这次设计是理论和实践的相结合 放大了理论和实践之间的 差别 问题带来了设计经验 从而为以后的发展添加了资本 11 参考文献参考文献 1 黄正谨 综合电子设计与实践 东南大学出版社 2002 2 康华光 电子技术基础 数字与模拟 高等教育出版社 3 夏路易 石宗义 电路原理图与电路设计教程 Protel 99SE 北京希望电子 出版社 2002 4 王毓银 数字电路逻辑设计 高等教育出版社 2004 5 百度文库 http 6 陈振官 陈宏威等 光电子电路及制作实例 北京 国防工业出版社 2006 7 杨志忠 数字电子技术举出 北京 高等教育出版社 2006 8 蔡雅铮 计数器及其逻辑设计 北京 高等教育出版社 2003 9 郝鸿安等 555 集成电路实用大全 上