模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 紅外線接近開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)與制作.doc

紅外線接近開(kāi)關(guān)1、 課題簡(jiǎn)介本電路的設(shè)計(jì)是根據(jù)生活中的需要而設(shè)計(jì)出來(lái)的一種計(jì)數(shù)器。它適用于工廠生產(chǎn)流水線的計(jì)數(shù)和產(chǎn)品的包裝等方面，具有成本低、靈敏度高和制作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。該模擬計(jì)數(shù)器用于工廠流水線計(jì)數(shù)打包，馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)表示傳送帶傳送物體通過(guò)紅外線，在數(shù)碼管上計(jì)數(shù)。當(dāng)所需打包的物品計(jì)滿(mǎn)6個(gè)時(shí)，傳送帶停止傳送并發(fā)出打包信息。2秒后，打包完成，傳送恢復(fù)工作，計(jì)數(shù)器重新計(jì)數(shù)，如此循環(huán)。電路主要是通過(guò)輸入4節(jié)干電池（4*1.5=6v）的直流電壓來(lái)對(duì)各個(gè)小模塊進(jìn)行供電。由紅外線傳感器檢測(cè)產(chǎn)生模擬信號(hào)，通過(guò)NE567構(gòu)成施密特觸發(fā)器對(duì)傳感器模擬信號(hào)進(jìn)行波形整形，信號(hào)進(jìn)入CD40110進(jìn)行計(jì)數(shù)、譯碼、驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，最終通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)；打包信號(hào)1、 總體方案a一個(gè)用于生產(chǎn)流水線對(duì)產(chǎn)品計(jì)數(shù)包裝的紅外接近開(kāi)關(guān)，產(chǎn)品個(gè)數(shù)由LED數(shù)碼顯示，當(dāng)產(chǎn)品數(shù)滿(mǎn)6個(gè)時(shí)，輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)包裝機(jī)械（實(shí)驗(yàn)中用指示燈點(diǎn)亮2秒代替）。b檢測(cè)距離：不小于20cmc計(jì)數(shù)方式：十進(jìn)制加計(jì)數(shù)，七段數(shù)碼管顯示產(chǎn)品個(gè)數(shù)d輸出延遲時(shí)間：2秒，點(diǎn)亮指示燈表示包裝機(jī)械工作2、 設(shè)計(jì)原理框圖采用主動(dòng)式紅外線發(fā)射與接受的感應(yīng)方式紅外線發(fā)射：為了避免環(huán)境中紅外線的干擾，通常采用40kHz脈沖調(diào)制的方式發(fā)射紅外線，因此必須具備一個(gè)40kHz的振蕩器，用振蕩器輸出的脈沖信號(hào)去調(diào)制紅外線發(fā)射電路。紅外線接收：采用光電三極管將紅外線信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。當(dāng)待包裝產(chǎn)品進(jìn)入感應(yīng)區(qū)時(shí)反射的紅外線被光電管接收到，并輸出電信號(hào)。放大：接收到的電信號(hào)幅度很小，必須進(jìn)行放大。濾波：接收到的信號(hào)中包含了環(huán)境光和其他干擾成分，通過(guò)40kHz帶通濾波器可以將這些干擾信號(hào)濾除。整形：整形電路的作用是將接收到的反映紅外線信號(hào)的脈沖波形變成單個(gè)方波脈沖，用于開(kāi)關(guān)的控制。計(jì)數(shù)：對(duì)接收到產(chǎn)品反射紅外線產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，可采用集成計(jì)數(shù)器用反饋復(fù)位法等措施構(gòu)成所需的N進(jìn)制計(jì)數(shù)器。譯碼：將計(jì)數(shù)器輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)七段LED數(shù)碼管的筆劃信號(hào)。延時(shí)電路：延時(shí)電路一般采用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，可以在觸發(fā)信號(hào)的作用下輸出一個(gè)一定寬度的有效電平，輸出信號(hào)的寬度取決于單穩(wěn)態(tài)電路中RC元件的取值，可以根據(jù)所需延遲時(shí)間2秒計(jì)算這些元件的參數(shù)。驅(qū)動(dòng)電路：由于負(fù)載的工作電壓高驅(qū)動(dòng)電流大，因此需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路。3、 單元電路設(shè)計(jì)1基于NE567紅外線調(diào)制發(fā)射電路采用鎖相環(huán)電路設(shè)計(jì)紅外發(fā)射與接收電路鎖相環(huán)是一種能檢測(cè)輸入信號(hào)相位變化并自動(dòng)跟蹤其中心頻率電路，其工作原理相對(duì)比較復(fù)雜，本設(shè)計(jì)可選用NE567主要特點(diǎn)：中心頻率可通過(guò)外接阻容元件確定，穩(wěn)定性高，頻率范圍寬（0.1Hz500kHz），帶寬可獨(dú)立控制，通帶外信號(hào)和噪聲衰減率高，輸出端具有100mA電流吸入能力，雙列直插DIP 8腳封裝，內(nèi)部框圖如所示，各引腳功能如下：引腳1:接輸出濾波電容C3引腳2:接低通濾波電容器C2引腳3:信號(hào)輸入端引腳4:電源正端引腳5:定時(shí)電阻R1，可輸出頻率為f0的方波引腳6:定時(shí)電阻R1,電容C1引腳7:電源負(fù)端（接地）引腳8:信號(hào)輸出端信號(hào)從NE567第3腳輸入，同時(shí)送入相位檢測(cè)器及90相移檢測(cè)器。相位檢測(cè)器的輸出經(jīng)低通濾波和放大后作為振蕩器的頻率控制信號(hào)。壓控振蕩器的輸出同時(shí)作為相位檢測(cè)其和90相移檢測(cè)器的輸入，從而構(gòu)成鎖相環(huán)。在無(wú)輸入信號(hào)的情況下，由電流控制振蕩器產(chǎn)生自由振蕩，振蕩頻率即為中心頻率f0，在門(mén)限電壓（典型值為200mV有效值）以上的輸入信號(hào)，若頻率落在帶寬范圍內(nèi)，則第8腳輸出低電平，典型應(yīng)用電路如圖2（b）所示。由于NE567內(nèi)部有一個(gè)多諧振蕩器，所以如果我們用頻率為f0的該振蕩器的輸出信號(hào)去驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管發(fā)光，那么紅外接收器收到的信號(hào)頻率就是567的中心頻率，將該信號(hào)放大后再送回到567的第3腳，其頻率必定與567的中心頻率相等，567將成功將其鎖定，并在第8腳產(chǎn)生一個(gè)有效信號(hào)。根據(jù)這樣的設(shè)想；電路設(shè)計(jì)為兩個(gè)部分：567用于產(chǎn)生約40kHz的振蕩信號(hào)，在第5腳輸出，經(jīng)兩個(gè)NPN三極管構(gòu)成的電流放大電路驅(qū)動(dòng)，使紅外發(fā)光管按這個(gè)頻率發(fā)出紅外光；由于發(fā)出的紅外光是脈沖形式，在占空比較小的情況下，允許流過(guò)紅外發(fā)射管的電流大于其平均整流電流，這里可取100mA2基于uA741紅外線接收放大電路接收部分用光電二極管或三極管作為傳感器，并按反射接收方式與紅外發(fā)射管安裝于同一側(cè)。當(dāng)移動(dòng)物體接近時(shí)，發(fā)射管發(fā)射的紅外被反射，光電管接收到此反射光后轉(zhuǎn)換為與調(diào)制頻率相同的電信號(hào)，并經(jīng)運(yùn)放741放大到50mV以上的信號(hào)電壓，該電壓送567第3腳鑒相，由于其頻率恒等于567的振蕩頻率，所以567的第8腳輸出一個(gè)低電平。3基于CD40110的計(jì)數(shù)顯示電路計(jì)數(shù)器采用包含可逆計(jì)數(shù)器、顯示譯碼器和LED驅(qū)動(dòng)電路的集成電路CD40110，電路更緊湊，但由于其輸出為七段LED筆劃信號(hào)，故必須分析字形，找出所需的反饋復(fù)位信號(hào)。CD40110資料4基于555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路的信號(hào)燈指示延時(shí)電路實(shí)際設(shè)備中，將N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)包裝機(jī)械，如機(jī)械手，電磁鐵、電動(dòng)機(jī)等，在實(shí)驗(yàn)電路中則用一個(gè)指示燈點(diǎn)亮一段時(shí)間（比如2秒）即可，而該電路可以用單穩(wěn)態(tài)電路實(shí)現(xiàn)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在有效信號(hào)的觸發(fā)下，能產(chǎn)生一個(gè)寬度一定的輸出脈沖，在這一的寬度的時(shí)間里，可以用于觸發(fā)一個(gè)發(fā)光二極管。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以采用555集成定時(shí)器構(gòu)成。4、 完整的電路原理圖5、 參數(shù)計(jì)算A 外圍元件R1C1C2C3的選擇合適與否十分重要，若選擇不當(dāng)則電路不能穩(wěn)定工作，甚至不能工作。這些元件的選擇原則如下：圖3 紅外線調(diào)制發(fā)射電路（包含解調(diào)）1.根據(jù)譯碼信號(hào)頻率選擇R1和C1.取R1為220kW，C1應(yīng)選用溫度穩(wěn)定性好的電容器，C1的選取可參考式，式中f0為中心頻率，即所需識(shí)別的頻率。（1-1）2.低通濾波電容C2的選取重要考慮帶寬的要求，可參照式計(jì)算：(1-2)其中BW為帶寬，用中心頻率f0的百分值表示，即，B為帶寬（Hz）；f0為中心頻率（Hz）；Ui為輸入電壓有效值（V）；C2為低通濾波電容（mF）。3.C3用于衰減檢測(cè)頻帶以外的寄生成分，典型值取2C2。R2為上拉電阻，參考值可在210kW內(nèi)取。振蕩頻率可按式（1-1）以及式（1-2）計(jì)算R2、C3的數(shù)值。R1是輸出腳8的上拉電阻，一般可取10k；R6是紅外發(fā)光管的限流電阻，按紅外發(fā)光管導(dǎo)通壓降2V，工作電流100mA計(jì)算。B 圖示電路中，R1可以將光電管中電流的變化轉(zhuǎn)換為電壓；運(yùn)放741接成單電源同相輸入比例運(yùn)算電路，放大倍數(shù)由R4和R5決定；電阻R2和R3構(gòu)成的分壓網(wǎng)絡(luò)將運(yùn)放同相輸入端的電壓固定于電源電壓的1/2，這是運(yùn)放單電源使用必須配置的偏置電路形式 。R2、R3的取值考慮電流不小于0.1mA即可。電路中C1、C3為耦合電容，電容C4、C5和R6構(gòu)成退耦電路防止其他電路通過(guò)電源對(duì)放大器產(chǎn)生影響。100mF電容并聯(lián)一個(gè)0.1mF小電容是為了提高對(duì)高頻噪聲或脈沖干擾的抑制作用。C Td=1.1RC=1.1*10uF*20k歐 =2s Uo與Ui相反5、所用元器件清單6安裝調(diào)試遇到的困難8、參考文獻(xiàn)1、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì) 李萬(wàn)臣等編著2、實(shí)驗(yàn)單元電路及其應(yīng)用 黃繼昌等編著3、新型實(shí)用電路制作200例 楊邦文編著4、OP放大器電路及其應(yīng)用楊家樹(shù)主編5、數(shù)字電路應(yīng)用設(shè)計(jì)關(guān)靜主編6、電子工程實(shí)踐技術(shù)付家才主編7、NE567數(shù)據(jù)手冊(cè)8cd40110數(shù)據(jù)手冊(cè)9數(shù)電