红外对管位置传感器传感技术课程设计

1、传感技术课程设计报告设计课题: 红外对管位置传感器 姓 名: 学 院: 物 电 学 院 专 业: 班 级: 学 号: 日 期 2011年 3月7日2011年5月11日 指导教师: 目 录1设计的任务与要求12.方案论证与选择12.1 红外对管位置传感器的系统设计1 2.1.1方案一1 2.1.2方案二1 2.2 红外发射部分2 2.2.1方案一2 2.2.2方案二22.3 红外接收部分2 2.3.1方案一2 2.3.2方案二23.系统电路总图及原理2 3.1 红外发射电路的设计2 3.2 红外接收电路的设计33.3电源电路电路的设计43.4主要元器件的选择44.单元电路的设计与元器件的选择55

2、.经验体会5参考文献5附录A：系统电路原理图6附录B：元器件清单7红外对管位置传感器1. 设计的任务与要求用红外对管作发射和接受器件，配套检测电路，制作一个能检测物体距离的装置，在设定的距离里，检测物体的存在，同时输出高（低）电平信号，要求检测距离为550厘米可调，且能消除环境光线的干扰，同时输出信号有一定的驱动负载能力，可以点亮LED并保持电平基本不变。1.1设计指标 1. 检测距离为550厘米可调，且能消除环境光线的干扰；2. 输出信号有一定的驱动负载能力，可以点亮LED并保持电平基本不变；1.2 设计要求1. 画出电路原理图（或仿真电路图）；2. 元器件及参数选择；3. 编写设计报告 写

3、出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。2. 方案论证与选择2.1 红外对管位置传感器的系统设计2.1.1方案一红外对管位置传感器主要由震荡电路、红外发射电路、红外接收电路、放大电路，音频译码电路和驱动电路组成。其系统框图。红外发射红外接收震荡电路放大电路解调控制电路受控电路红外发射部分红外接收部分图1 位置传感器系统框图2.1.2方案一红外发射/接收控制电路均采用单片机来实现。输出控制方式可选择，实用性强。红外发射部分结构图如下图2所示单片机遥控按钮红外发射图2红外发射部分结构图当按下遥控按钮时，单片机产生相应的控制脉冲，有红外发光二极管发射出去。红外接收部分结构图如下图3所示：单片

4、机受控电器控制方式选择开关红外接收图3红外接收部分结构图当红外接收器接收到控制脉冲后，、由控制方式选择开关是选择“互锁”还是单路控制，再由单片机处理后，对相应的受控电器产生控制。将上述两种方案进行比较，方案二虽然功能较多，但其设计采用了单片机，使设计变得复杂化了且成本较高。方案一电路比较简单，而且实现也比较简单。2.2 红外发射部分2.2.1方案一由于红外对管的发射管发出的红外波长的范围很宽，可能会有环境光线的干扰，所以这里采用CD4011组成振荡电路，其振荡频率调整在3840KHz，经VT1驱动，红外发射管发出3840KHz红外光，以消除环境光线的干扰。2.2.2方案二选用HG-111F型红

5、外发射专用芯片组成发射电路，其电路主要器件是HG-111F，外围元件很少。其工作频率为38KHz，电路频率可由其内部电阻进行微调，一般的只要电阻值误差在5%以内，就不需要调整，通电即工作。电源可采用5V电池，工作性能很稳定。将上述两种方案进行比较，方案二虽然性能很稳定，但其设计成本较高，而且是专用电路，选用设计方案一就可以实现电路的功能。2.3 红外接收部分2.3.1方案一红外对管的接收管接收到信号，采用LM35组成的放大电路对接收的信号进行放大，放大后的信号加到LM567。LM567是单片音频解码器集成电路，包含一个稳定的锁相环路和一个晶体管开关，它通过外部元件的组合，自身可产生十分稳定的音

6、频振荡信号，且频率可由外接元件来控制，LM567的5、6脚分别为外接定时电阻和定时电容端，组成RC定时电路。2.3.2方案二采用GX9149红外接收专用电路，其芯片内部集成了复位电路、振荡电路、接收信号的校验。红外对管的接收管接收到信号，接收到的信号与其内部的振荡频率相同时将会输出控制信号，控制受控电路。将上述两种方案进行比较，方案二采用了专用电路设计成本较高，方案一器件比较容易实现，所用器件都是常见的器件。3. 单元电路的设计与元器件选择 3.1 红外发射电路的设计由CD4011四与非门输入、三极管VT1和红外发射管构成发射电路，其中G1、G2构成振荡电路，调整VR1可改变振荡频率，这里把频

7、率调到38KHz；G3、G4构成推动电路，调整VR1可以改变流过发射管电流的大小从而改变红外发射的强度，由此可以调整发射与接收之间的距离。电路如图4。图4 发射电路3.2 红外接收电路的设计由LM358、LM567、红外接收管组成，运放LM35对接收的信号进行放大，放大后的信号加到LM567。LM567是单片音频解码器集成电路，包含一个稳定的锁相环路和一个晶体管开关，它通过外部元件的组合，自身可产生十分稳定的音频振荡信号，且频率可由外接元件来控制，LM567的5、6脚分别为外接定时电阻和定时电容端，组成RC定时电路。音频译码器的音频振荡频率可由下式得到。f=1/1.1(RC)。其中f为振荡频率

8、，单位Hz，电阻单位；电容单位F。 当没有接收到发射信号时，LM567输入端没有频率f的信号输入，输出端8脚呈高电平状态，VT2饱和导通，继电器J吸合。当接收到发射信号时，LM567的输入端3脚送入频率f的信号，LM567译码器的8脚输出低电平，VT2截止，继电器J释放。如果LM567输入的信号频率不为f，译码器将不执行指令动作，这样就大大的提高抗干扰能力。电路如图9。图5 接收电路3.3电源电路的设计电源电路有桥式整流、滤波电容、7805稳压器及电源指示灯组成。利用二极管的单向导电性交流电经桥式整流成直流电，在经过大小电容滤波，7805集成稳压器成为稳定的+5V电源，用一个发光二级管指示灯指

9、示电源状态。电路如图6所示。，图6 电源电路3.4主要元器件的选择1红外对管1个；2CD4011集成块1块；3LM567一块；4LM358一块； 53DG2500和9013三极管和4007二极管各1个；67805一块；7桥式整流桥一块； 4. 系统电路总图及原理将设计的发射和接收部分的电路进行级联，红外对管位置传感器电路原理图见附录A。调试方法：如果发射部分工作，而接收部分不能正常正确译码，则要调整发射与接收的频率是两者一致，通常频率调到38KHz。有两种调试的方法：（1）固定接收调发射：调节定时电阻VR1的阻值，使发射部分的振荡频率与LM567的振荡频率一致，这时的标志是：LM567译码器的

10、8脚输出由高电平翻转到低电平。（2）固定发射调接收：调整R4改变LM567的振荡频率，来对准发射部分频率。由于LM567振荡频率（中心频率）要求精度很高，在调节R4阻值时，电阻每旋转一周，电阻值仅变化几十欧姆，精度较高。如果手中没有此类电阻，可用普通微调电阻代替，但调整时要仔细，可以通过继电器的动作情况，掌握调试结果。5经验体会5.1.安装与调试调试前不加电源的检查，对照电路图和实际线路检查连线是否正确吗，包括错接、少接、多接等；用万用表电阻档检查焊接和接插是否良好；元器件引脚之间有无短路，连接处有无接触不良、二极管、三极管、集成电路和电解电容的极性是否正确；电源供电包括极性、信号源线是否正确

11、；电源端对地是否存在短路（用万用表测量电阻）。若电路经过上述检查，确认无误后，可转入检测与调试。在电路的输入端加上所需要的信号源，并循着信号逐级检测各有关点的波形、参数和性能指标是否满足设计，如有必要，要对电路参数作进一步调整。5.2.设计体会这次课程设计，我选择了实做的题目，这不仅是对我的一种锻炼，也是对我大学三年所学知识的综合考查。从开始设计到设计的完成，我感觉收获很多，不仅在理论有很大的升华，而且还在实践中锻炼了自己，使自己成长了许多。整个设计是曲折的，硬件设计上，由于以前所学课程有一定的基础，我们多方面查阅资料，不断的向老师，同学请教，以确保设计的电路系统完整，并能实现最完美的系统功能

12、，经过将近一个月的学习，我们设计出了各个部分的电路，并实现了电路图的组合。经过测试与修改，最终完善了硬件电路的设计，实现了红外的发射与接收功能，而且还具有很强的抗干扰能力。总的来说，由于我们在理论和实践方面存在一定的不足，所以在设计思路和实现功能上难免有不足之处，但我们最后的设计完成了题目的要求。参考文献：1 沈阳单片机开发网. http:/www.symcukf .com.2 刘征宇.大学生电子设计竞赛指南 M.福建:福建科学技术出版社，2009.3 马西秦.自动检测技术M. 北京: 机械工业出版社, 2008.4 常健生. 检测与转换技术M. 北京: 机械工业出版社,2001.5 郑华耀.