光电米测试电路设计报告

洛阳师范学院物理与电子信息学院课程设计说明书PAGEPAGE1DATE\@"yyyy-M-d"2012-3-25PAGE1光电米测试仪课程设计说明书专业：电子信息技术班级：姓名：学号：组别：指导教师：李天超日期：2011年9月2号设计序号№:01考勤报告成绩调试成绩奖励成绩总成绩指导教师签名：日期：1概述光电米测试仪是一种有效的测量电线、电缆长度的新型设备，它能在电线、电缆的生产线和复绕状态下对电线、电缆进行有效的长度测量和定长控制，从而实现电线、电缆的高精度测量和控制。光电米测试仪作为一种有效的高精度的计量仪表，已经广泛的应用于电线、电缆，纺织，影印，印染，皮革绸缎，布匹，钢材，塑料薄膜，地毯制作等行业，是一种适合与现代工业生产的新型测量设备。2系统电路设计2.1原理框图（行为、结构描述设计）线体移动距离传感器（数字）信号处理（整形）线体移动距离传感器（数字）信号处理（整形）500Hz光电源信号CPU系统电源（EMC）线体剪断电路（光隔）长度数字显示吐线电动机驱动电路控制功能按钮控制电路（开机、加、减、）图1光电米测试仪原理框图系统设计思路是开关机按钮、增加、减少、单位长度光电传感器采用反射式光电开关电路，为了提高光电开关对环境杂散光的抗干扰性能，利用调制技术对光电开关电路的电源进行500Hz频率调制，使得这些电路工作时的状态受到功能信号和调制信号的二维约束，实现功能电路性能的唯一性的同时，又提高了它的抗干扰能力和实用性；500Hz调制信号由单片机提供，工作时，功能信号传送给单片机，它根据增加和减少的预置测试长度进行数字显示，并驱动吐线电机转动吐线，数字显示数字开始递减，当吐线长度等于原预置长度时，吐线电机停转，单片机输出信号驱动电剪剪断线体，同时发出“嘟嘟”声告知完成。2.2电路设计（物理描述设计）2.2.1A)行为结构描述设计电源原理框图电源变换AC/ACAC/DC电源变换AC/ACAC/DCDC5V/200mADC24V/1.6AEMC电路图2电源电路原理框图B)电源电路原理图 图3AC/DC电源电路设计根据系统电路正常工作所需的额定电源电压分析后进行优化进行分析可知，CPU电源和周边电路采用5VDC电流300mADC，负载电源采用24VDC/300mA，根据以上分析，选用AC/DC电源模块LH20-10D0524-03，特点是220V/50Hz供电，两路直流输出5VDC/24VDC,若该产品采用直流24CDC供电时可选择两套方案，其电源电路可选择DC/DC电源模块PWB4805LT-1W5；电路原理图如图4。图424VDC供电电路原理图2.2.2功能按键控制电路图图5功能按键控制电路原理图图中U1光电开关单元电路用于开机/待机功能控制电路，ajkonzhi2端子单片机输入500Hz信号驱动光电开关器件U1发光二极管，使他产生发射一个光脉冲串，当反射物体置于光电开关器件U1上方合适位置时，光脉冲串经反射物体将光反射给U1光电三极管转换成功能控制电信号传送给CPU,同理，U2(加)、U3(减)、U4(线单位长度脉冲发生电路)的工作原理类同，其目的是为了避免电器开关易磨损和产生干扰。电路参数计算，由于电路单元电路的类同性，所以以U1、Q1、Q17组成的单元电路为设计目标，计算如下，根据光电开关电路U1的发光二极管、R5、Q17的集电极、发射机构成的回路列KVL方程，已知条件：该支路工作在数字开关状态，电源电压5V,支路电流10mA（由光电开关器件的参数决定，并设光电开关器件的发光二极管的工作电压为VF），R5电路参数由下（1）、（2）计算；R5=(5V-VCES-VF)/10mA=(5V-0.5V-1.3V)/10mA=320ΩP(功率)=(10mA)2R5=0.032mW电阻功率取安全系数为5，则PR=0.16mW；取标称值R5=300R(1/16W)。若选择光电开关器件中的BJT集电极电流为IC=0.5mA,则有以下（3）式决定，R6=(5V－VCES)／0.3mA=（5V－0.5V）／0.3mA=15kΩ(3)取标称值R6=15kΩ(1/16W)。R53计算条件是IC=10mA，Q17的β值为250，输入电压脉冲幅值等于5V，则R53值由下式（4）决定，R53=(5V－VBEQ17)/10mA／βQ17=(5V－0.6V)/10mA／250=110kΩ(4)取标称值R53=100kΩ(1/16W)。R13是Q1的偏置电阻，其电路参数计算由（5）式决定，R13=(VU1CE－VBEU1)/0.3mA/βQ1=208kΩ(5)上式中VU1CE=1V,是由于光电开关元件的光电三极管暴露在杂散光下产生一个光电流形成的UU1CE=1V,所以VU1C同理R1=10KΩ/1/16W。其中C1是一个加速电容，它是为了提高电路的反应速度而设定的，其原理是电路稳态时C1不起作用，当他的两端电位突然变化时，将产生一个阶跃电流，加速Q1BJT的状态翻转，达到提高开关速度的目的。2.2.3单片机与显示电路图6单片机与显示电路原理图图中CPU选择STC12C5A40S2，选择12MHz时钟，显示电路采用3位半LED字段共阴极显示模块，采用扫描式驱动方式；功能操作2.2图7中是系统电路的直流电机和步进电机的驱动电路，它采用隔离电路U5、U5、U7、U11光电隔离器进行负载与CPU之间的电隔离，防止负载意外状态负载24V高压CPU的损害，提高系统稳定的可靠性。电机驱动电路采用专用芯片LV8731V,特点：它是一个全桥式功率驱动芯片，体积小，效率高，它可以驱动直流电机又可驱动步进电机，并且功能选择多样化，控制功能端数量少，工作效率高，给设计提高了方便。图7驱动电路原理图3系统PCB设计PCB电路板选择双层电路板布局，采用贴片元件来提高元件布置密度，同时要求全工艺制板。PCB如下图。图8系统电路PCB电路板图4软件工程设计4.1算法4