自動檢測技術(shù)光電計數(shù)器指導(dǎo)老師：班級：姓名：學(xué)號：摘要光電計數(shù)器的設(shè)計可對物件計數(shù)，計數(shù)物件速度可慢、可快，它在生產(chǎn)流水線包裝數(shù)量控制等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，既節(jié)省勞動力又高效地完成任務(wù)。設(shè)計采用模數(shù)結(jié)合電路。電路主要分為信號采集電路、兩位十進(jìn)制計數(shù)電路、數(shù)碼顯示電路、報警電路四個模塊，分別實現(xiàn)對通過光電門的物體感應(yīng)，計數(shù)，顯示，報警。當(dāng)計數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)數(shù)目后，停止計數(shù)并報警，可手動清除報警。前言21世紀(jì)是信息時代，是獲取信息，處理信息，運用信息的時代。傳感器是獲取信息并對信息進(jìn)行必要處理的基礎(chǔ)技術(shù)，是獲取信息和處理加工信息的手段，無法獲取信息則無法運用信息?；诠怆娦?yīng)的傳感器，光電式傳感器在受到可見光照射后即產(chǎn)生光電效應(yīng)，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出。它除能測量光強(qiáng)之外，還能利用光線的透射、遮擋、反射、干涉等測量多種物理量，如尺寸、位移、速度、溫度等，因而光電式傳感器是一種應(yīng)用極廣泛的重要敏感器件。光電計數(shù)器的設(shè)計是一種比較初級的利用光電傳感器發(fā)出信號脈沖進(jìn)行計數(shù)的一種簡單光電系統(tǒng)。光電計數(shù)器可完成小型的計數(shù)功能，可應(yīng)用于小教室和小餐廳等小容量的場所，進(jìn)行相應(yīng)的計數(shù)功能，具有很大的實用價值。工業(yè)生產(chǎn)中常常需要自動統(tǒng)計產(chǎn)品的數(shù)量，計數(shù)器在這里有其用武之地。數(shù)字式電子計數(shù)器有直觀和計數(shù)精確的優(yōu)點，目前已在各種行業(yè)中普遍使用。數(shù)字式電子計數(shù)器有多種計數(shù)觸發(fā)方式，它是由實際使用條件和環(huán)境決定的，通常分為接觸式計數(shù)器和非接觸式計數(shù)器兩種。本次設(shè)計的光電計數(shù)器為非接觸式計數(shù)器中的一種。在該光電計數(shù)器中，計數(shù)的過程其實是獲取脈沖源的過程，首先遮擋物遮擋光電傳感器產(chǎn)生一下降沿，拿掉遮擋物產(chǎn)生一個上升沿，使計數(shù)器得到一個脈沖進(jìn)行計數(shù)。之后計數(shù)器輸出一個信號輸入到譯碼器中，由譯碼器控制數(shù)碼管的顯示，數(shù)碼管最大顯示99。計數(shù)范圍為一百，可以預(yù)設(shè)計數(shù)數(shù)目，當(dāng)計數(shù)達(dá)到設(shè)定后，停止計數(shù)并報警，可手動解除報警。目錄TOC\o"1-2"\h\u21575摘要 24549前言 310967設(shè)計要求 524946提高要求： 55346系統(tǒng)組成 67867光電轉(zhuǎn)換電路 622240計數(shù)電路 79940數(shù)碼顯示電路 88580報警電路 1014012電路仿真分析 1122629總結(jié) 1215339參考文獻(xiàn) 1212940附錄一元件清單 1215102附錄二總電路圖 1311479附錄三電路仿真圖 14設(shè)計要求基本要求：利用發(fā)光二極管和光敏三極管作為光電計數(shù)器的傳感器進(jìn)行計數(shù)，用數(shù)碼管顯示計數(shù)值，當(dāng)數(shù)碼管顯示值與設(shè)定值相同時報警，此外計數(shù)器停止計數(shù)，手動清除報警后可重新工作。提高要求：l)發(fā)光器件和光接收器之間的距離大于lM(提示：若距離較遠(yuǎn)可增大發(fā)光二極管的電流，這種情況下只能采用脈沖供電方法，此時有物體和無物體其輸出頻率會產(chǎn)生變化2)有抗干擾技術(shù)，防止背景光和瓶子抖動產(chǎn)生計數(shù)誤差3）每計數(shù)100，用燈閃爍2S指示一下系統(tǒng)組成本電路設(shè)計的系統(tǒng)框圖如圖光電轉(zhuǎn)換電路發(fā)光器件（例如LED）的輸出光強(qiáng)于與通過其工作電流成正比，發(fā)光側(cè)與接收側(cè)的距離越大時，要求輸出光強(qiáng)也越強(qiáng)，即要求工作電流越大。一般LED的工作電流約為10—50mA，因此為了提高傳送距離，必須提高LED的工作電流。無遮擋物擋光時，輸出一個高電平，產(chǎn)生一個上升沿；有遮擋物擋光時，輸出一個低電平，產(chǎn)生一個下降沿。根據(jù)此原理可向計數(shù)電路輸送其所需脈沖。圖3.2光電轉(zhuǎn)換電路發(fā)光二極管的正常工作壓降大約是1.2V，電流大約是20mA，從而可以估算出限流電阻大約是200Ω，光敏三極管在無光照射下，電阻可達(dá)數(shù)兆歐姆，有足夠的光照時，電阻降到幾千歐姆，因此其分壓電阻可以取幾十到幾百千歐，具體需根據(jù)實際情況調(diào)整，這里采用了典型值33kΩ。計數(shù)電路計數(shù)電路主要采用計數(shù)器統(tǒng)計信號采集電路輸出的脈沖個數(shù)，實現(xiàn)對物件計數(shù)的功能。為了使電路簡單化，減少其它器件的使用，通過查看各種計數(shù)器芯片的技術(shù)手冊，選取74LS160為該電路計數(shù)元件。下圖所示為計數(shù)電路：圖3.3兩位十進(jìn)制計數(shù)電路設(shè)計要求是兩位的十進(jìn)制計數(shù)器，根據(jù)74ls160的功能圖可知，將芯片的進(jìn)位端連接高位芯片的P、T端，使其只有在低位芯片計到9，Co端輸出高電平時才在下個脈沖來到時計一個在十位的數(shù)。當(dāng)芯片的CR非端、LD非端，即引腳1、引腳9為高電平時，引腳10由高電平變?yōu)榈碗娖剑瑒t電路將會處于保持狀態(tài)。根據(jù)電路知高低位芯片的Q3、Q2、Q1、Q0分別為1001時，經(jīng)過與門與與非門的作用，此時引腳10的電位將會由高電平變?yōu)榈碗娖?，使電路處于保持狀態(tài)。而當(dāng)CR非端低電平時，電路無論何種狀態(tài)，芯片產(chǎn)生的功能都為異步清零，將輸出直接清零。數(shù)碼顯示電路該電路是實現(xiàn)將計數(shù)電路的計數(shù)值以直觀的數(shù)字方式顯現(xiàn)出來，只需實現(xiàn)基本要求即可，無特殊要求。計數(shù)電路輸出兩組BCD碼，為了使電路簡單，應(yīng)選用BCD碼—七段數(shù)碼管譯碼驅(qū)動器，而七段數(shù)碼管的選擇與之配套。譯碼器無特殊功能要求。這里選用了常用的74LS47共陽數(shù)碼管驅(qū)動器，配套選取共陽八段數(shù)碼管，但小數(shù)點位不用。74LS47為內(nèi)部有上拉電阻的BCD—七段數(shù)碼管譯碼器/驅(qū)動器，輸出端為低電平有效，可用于驅(qū)動緩沖器或共陽數(shù)碼管。其功能表如表3-1所示：表3-174ls47功能表根據(jù)功能表，將即引腳3、4、5接高電平，接計數(shù)電路的，該部分電路簡單，只要根據(jù)功能表將相應(yīng)端口連接起來即可完成功能，其中公共端要接電阻，起限流作用，保護(hù)共陽數(shù)碼管不被燒壞。由于數(shù)碼管相當(dāng)于并聯(lián)LED，因此前面計算的限流電阻計算值仍然適用，但又由于是LED并聯(lián)情況，在正常工作時，存在同時數(shù)個LED共同發(fā)光的情況，總線中的電流加大，因此應(yīng)適當(dāng)減小限流電阻的大小，這里選取100Ω的電阻。報警電路該電路是為了實現(xiàn)數(shù)碼管顯示值為99時報警，此外計數(shù)器停止計數(shù)，手動清除報警后可重新工作。當(dāng)74LS00輸出一個輸出一個高電位給NE555芯片的4引腳，此信號可用來觸發(fā)滿百報警電路。引腳4為高電位時，觸發(fā)由NE555與外圍電路構(gòu)成多諧振蕩，使其輸出一個周期為兩秒的高電平，使LED燈閃爍。NE555是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為555，用CMOS工藝制作的稱為7555，除單定時器外，還有對應(yīng)的雙定時器556/7556。555定時器的電源電壓范圍寬，可在4.5V~16V工作，7555可在3~18V工作，輸出驅(qū)動電流約為200mA，因而其輸出可與TTL、CMOS或者模擬電路電平兼容。555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。由555定時器和外接元件、、C構(gòu)成多諧振蕩器，引腳2與引腳6直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外接觸發(fā)信號，利用電源通過、向C充電，以及C通過向放電端放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容C在和之間充電和放電，從而在輸出端得到一系列的矩形波。輸出信號的時間參數(shù)為：（1）（2）（3）故（4）報警電路中，根據(jù)設(shè)計的參數(shù)閃燈與峰鳴周期：（5）考慮其的最佳占空比，將、設(shè)置為常用的10kΩ和4.7kΩ，再根據(jù)計算將電容設(shè)為100uF。則電路中周期的計算為報警器采用蜂鳴器，只需要采用三極管驅(qū)動即可，由于蜂鳴器工作狀況與LED相似，限流電阻取值為100Ω。74LS00輸出端為鎖定信號，用于鎖定計數(shù)器，處于鎖定狀態(tài)時，按下復(fù)位電路的復(fù)位鍵后，解除報警，計數(shù)器重新開始計數(shù)。圖3.4報警電路電路仿真分析設(shè)計的正確性通過proteus軟件仿真進(jìn)行驗證，仿真的結(jié)果證實了設(shè)計的電路是正確的。當(dāng)計數(shù)到99時，顯示器將不會改變，蜂鳴器與二極管在高低電位間，可以實現(xiàn)其功能，只有按復(fù)位鍵后才開始由00重新計數(shù)?？偨Y(jié)通過這次設(shè)計，鞏固了之前學(xué)習(xí)的數(shù)字電路與模擬電路的相關(guān)知識，并把這些知識運用到實際中。這次設(shè)計是理論和實踐的相結(jié)合，放大了理論和實踐之間的差別，積累了設(shè)計經(jīng)驗。從這次課程設(shè)計中，學(xué)到了很多的專業(yè)知識，以及一些寶貴的心得。從找尋參考書這方面來說，別人的答案只能參考，不能照搬。要有獨立的見解，善于發(fā)現(xiàn)錯誤，勤于討論和提問，這樣才能改正錯誤，才能汲取更多的知識和經(jīng)驗。參考文獻(xiàn)[1]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，2006.5[2]趙珂，彭嵩.電子技術(shù)實踐(三).南昌航空工業(yè)學(xué)院電子信息工程學(xué)院電子實驗實踐中心，2007.3[3]謝自美.電子線路設(shè)計.武漢：華中理工大學(xué)出版社，2003[4]周潤景，張麗娜.劉映群.PROTEUS入門實用教程.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007[5]陳振官，陳宏威等