红外光电传感计数器报告.doc

传感器与检测技术课程论文 课 程： 传感器与检测技术 题 目： 红外光电传感计数器 所属院(系) 电气工程学院 专业班级 姓 名 学 号： 指导老师 2015年 12月07日引言传感器作为现代科技的前沿技术，被认为是现代信息技术的三大支柱之一，也是国内外公认的最具有发展前途的高科技技术产业和朝阳产业。随着时代进步和发展，传感器与检测技术已经普及到我们的生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术。红外光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。在本次设计中，通过红外光电传感器产生高低电平，触发计数器进行计数，可以应用于实际生活中进行计数功能，如产品生产线对产品进行计数、对教室上课人数进行计数、统计人流量等，可根据具体情况对计数器进行级联，增加其计数范围，实用性高。目录一、总体设计思路.3二、主要电路原理分析.3（1）电源模块.3（2）光电输入电路的设计5（3）波形变换5（4）计数器设计7（5）驱动显示电路设计7（6）显示电路设计9三、结论.11附录一.12附录二.13附录三.14 一、总体设计思路红外计数器电路的工作原理是：该电路由光电输入电路，脉冲形成电路和计数与显示电路等组成，利用被检测物对光束反射，从而检测物体的有无。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。红外对射管将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。每当物件通过红外对射管中间一次，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。根据题目的要求，结合考虑过确定了此系统的设计方案，下图即为此系统原理框图：稳压电源译码器LED光检测脉冲发生器计数器它包括脉冲发生器、计数器、显示电路等几个模块组成。计数器完成99次计时功能，译码显示当前的计数值。 2、主要电路原理分析（1）电源模块电源变压器：直流电压源的输入端接220V 的交流电压，所需直流电压的数值和交流电压有效值相差较大，因而需要电源变压器进行降压。在对交流电压进行降压处理时，电路采用变压器直接变压的方法，输出9V交流电压。 整流电路一般分为半波整流和全波整流。桥式整流最为常用，单相桥式整流电路可将变压器副边电压从交流转变为直流电压。鉴于以上优点，本设计采用了桥式整流的方法。电容滤波电路是最常见并且最简单的滤波电路。一般在整流后，还需利用滤波电路将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。其工作原理是在整流电路的输出端（即负载电阻两端）并联一个电容即构成电容滤波电路。滤波电容容量较大，利用其充放电作用，使输出电压趋于平滑。滤波电路需要1000uF、0.1uF、0.1uF电容各一个。图2.1.1 直流稳压电源的方框图电路图如下；图2.1.2 电源电路稳压电路的功能是使输出的直流电压趋于稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。稳压电路有稳压二极管型稳压电路、串联型稳压电路和集成稳压器电路等多种类型。为使电路简单化、高效化、稳定化，我们采用了集成7805稳压器型稳压电路进行稳压，为后面的一切电路提供了稳定的5V直流电压。综上所述，电源整体设计思路为：220V/50HZ交流电压 9V电源变压器 整流电路 滤波电路 稳压电路 输出+5V直流电压。（2）光电输入电路的设计1 ：红外对射管的工作原理 利用红外线的物理性质来进行测量的传感器。红外线又称红外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。任何物质，只要它本身具有一定的温度（高于绝对零度），都能辐射红外线。红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，响应快等优点。 红外线传感器包括光学系统、检测元件和转换电路。光学系统按结构不同可分为透射式和反射式两类。检测元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检测元件。热敏元件应用最多的是热敏电阻。热敏电阻受到红外线辐射时温度升高，电阻发生变化，通过转换电路变成电信号输出。光电检测元件常用的是光敏元件，通常由硫化铅、硒化铅、砷化铟、砷化锑、碲镉汞三元合金、锗及硅掺杂等材料制成。2：光电输入电路红外对射管将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。每当物件通过红外对射管中间一次，红外光被遮挡一次，光电接收管的输出电压发生一次变化.3：光电输入电路原理图（3）波形变换1：NE555介绍6脚电压高于2/3VCC，2脚电压低于1/3VCC时、3脚输出高电平，2脚电压高于1/2VCC时输出低电平。6脚电压低于2/3VCC时，2脚电压低于1/3VCC时，3脚由低电平转为高电平。之后不管2脚电压是多少3脚都输出高电平。2脚电压高于1/3VCC，6脚电压高于2/3VCC3脚由高电平转为低电平，之后不管6脚电压是多少3脚都输出低电平。2脚电压低于1/3VCC时，不管6脚电压是多少3脚都输出高电平。2脚电压低于1/3，6脚电压低于2/3时，3脚输出高电平。2脚电压大于1/3VCC，6脚电压低于3/2VCC时保持。2脚电压大于1/3VCC,6脚电压大于3/2VCC时3脚时输出低电平。充电时间决定3脚输出高电平时间，放电时间决定3脚输出低电平的时间。NE555除了高电平可以驱动负载，低电平也驱动负载。芯片工作电压4.5V16V555引脚图 2：单稳态触发器（脉冲整形电路）在引入了50Hz的交流电后对红外线反射管产生了干扰，影响其正常工作，因此要对50Hz的交流电利用高通滤波电路来滤除交流信号。出现经常性触发脉冲现象的原因是：信号存在大量毛刺，可以利用555单稳态触发器来延时处理电路，从而避免多次触发计数脉冲的问题。 施密特触发器构成的整形（4）计数器设计计数电路由两片74LS160计数器组成。74LS160芯片D0D3为并行数据输入端，Q0Q3为数据输出端，EP、ET为计数控制端，C为进位输出端，CP为时钟输入端，RD为异步清除输入端，LD为同步并行置入控制端。下图所示电路为并行进位的接法。以第一片的进位输出C作为第二片的EP和ET输入，每当第一片计成9（1001）时C变为1，下个CLK信号到达时第二片为计数工作状态，计入1，而第一片计成0（0000），它的C端回到低电平。第一片的EP、ET恒为1，始终处于计数工作状态。 74LS160管脚图及功能表两片74LS160并行进位级联图（5） 驱动显示电路设计在驱动显示电路设计中，主要通过CD4511芯片的功能来实现，CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器，特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。CD4511管脚图 CD4511真值表其功能介绍如下：BI：4脚是消隐控制端，当BI=0时，不管其他输入状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。LT：3脚是测试输入端，当BI-1，LT=0时，译码输出全为1，七段均发亮，不管DCBA输入状态如何，显示8，常用来检测数码管是否损坏。LE：锁定控制端。当LE=0时，允许译码输出。LE=1时，译码器锁定保持状态。译码器输出锁定在LE=0是保持的数值。A1、A2、A3、A4为8421BCD码的输入端a.b.c.d.e.f.g为译码输出端，输出为高电平有效。还有两个引脚8.16分别表示Vcc和Vss。 CD4511芯片的连接电路（6） 显示电路设计该部分设计主要为七段显示数码管和，通过CD4511芯片对其进行译码显示。数码管分为七段显示数码管和八段显示数码管，此处选用七段显示数码管。7段数码管又分共阴和共阳两种显示方式。如果把7段数码管的每一段都等效成发光二极管的正负两个极，那共阴就是把abcdefg这7个发光二极管的负极连接在一起并接地；它们的7个正极接到7段译码驱动电路74LS48的相对应的驱动端上（也是abcdefg）。此时若显示数字1，那么译码驱动电路输出段bc为高电平，其他段扫描输出端为低电平，以此类推。如果7段数码管是共阳显示电路，那就需要选用74LS47译码驱动集成电路。共阳就是把abcdefg的7个发光二极管的正极连接在一起并接到5V电源上，其余的7个负极接到74LS47相应的abcdefg输出端上。数字显示译码器BCD七段译码器的输入是一位BCD码(以D、C、B、A表示)，输出是数码管各段的驱动信号(以FaFg表示)，也称47译码器。若用它驱动共阴LED数码管，则输出应为高有效，即输出为高(1)时，相应显示段发光。可得8421BCD七段译码器的真值表如下： 8421BCD七段译码器真值表七段显示数码管的两种接法：（1） 共阴极接法：把发光二极管的印记连在一起构成公共阴极，使用时公共阴极接地，这样阳极端输入高电平的端发光二极管就导通点亮，二输入低电平的则不点亮，课设中实用的LED显示器为共阴极接法（2） 共阳极接法：把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。使用时公共阳极接+5v，这样阴极端输入低电平的段发光二极管就导通点亮，而输入高电平的则不亮。图2.6.2 共阴极接法 图2.6.3 共阳极接法数码管该实验电路采用的是共阴数码管，显示099的数字。三、结论1、能够实现非接触式的计数统计功能； 2、电路基本要求内含红外发射和接收装置、计数显示； 3、技术指标：a) 计数器能从0计数至99 b）红外对管距离要不能达到3cm以上。附录1：1、电路原理图附录2：元件清单元件规格电阻1.0k*2、2k*1电容1000u*1、0.1u*2光电耦合器件TLP521*1NE555NE555*1电桥1B4B42*1整流器7805*1变压器变压器*174LS16074LS160*2CD4511CD4511*2数码管数码管*2电压源220V、50Hz电压源*1附录三：参考文献光电子电路及制作实例 北京：国防工业出版社 2006高频电子线路 北京：高等教育出版社 2006 模拟电子技术基础 北京：高等教育出版社 2005 数字电子技术举出 北京：高等教育出版社 2006电子基础实验中心 电子技术基础实验成都：四川大学出版社 2005