礦用風(fēng)速傳感器的設(shè)計(jì)VIP

1、畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）（說(shuō) 明 書(shū)）題 目： 礦用風(fēng)速傳感器 姓 名： xxx 學(xué) 號(hào)： 年 12 月 9 日畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （論文） 任 務(wù) 書(shū)姓名 xxx 專(zhuān)業(yè) 任 務(wù) 下 達(dá) 日 期 2 年 9 月 19 日設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)始日期 2 年 9 月 26 日設(shè)計(jì)（論文）完成日期 2 年 12 月 9 日設(shè)計(jì)（論文）題目： 礦用風(fēng)速傳感器 A·編制設(shè)計(jì) B·設(shè)計(jì)專(zhuān)題（畢業(yè)論文） 指 導(dǎo) 教 師 系（部）主 任 20 年 12 月 9日院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)記錄 自動(dòng)化與信息工程 系應(yīng)用電子線路（設(shè)計(jì)與應(yīng)用方向）專(zhuān)業(yè)，學(xué)生 xxx于 20 年 12 月 日進(jìn)行了畢業(yè)設(shè)計(jì)

2、（論文）答辯。設(shè)計(jì)題目： 礦用風(fēng)速傳感器 專(zhuān)題（論文）題目： 礦用風(fēng)速傳感器 指導(dǎo)老師： 答辯委員會(huì)根據(jù)學(xué)生提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）材料，根據(jù)學(xué)生答辯情況，經(jīng)答辯委員會(huì)討論評(píng)定，給予學(xué)生 xxx 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?yōu)?。答辯委員會(huì) 人，出席 人答辯委員會(huì)主任（簽字）： 答辯委員會(huì)副主任（簽字）： 答辯委員會(huì)委員： ， ， ， ， ， ， 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語(yǔ)第 頁(yè)共 頁(yè)學(xué)生姓名： xxx 專(zhuān)業(yè) 年級(jí) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 礦用風(fēng)速傳感器 評(píng) 閱 人： 指導(dǎo)教師： （簽字） 年 月 日成 績(jī)： 系（科）主任： （簽字） 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）及答辯評(píng)語(yǔ)： 目錄摘要1第1章 礦用風(fēng)速傳感器概

3、述21.1礦用風(fēng)速傳感器的作用21.2礦用風(fēng)速傳感器的安裝位置21.3礦用風(fēng)速傳感器的技術(shù)指標(biāo)21.4礦用風(fēng)速傳感器的分類(lèi)21.5測(cè)風(fēng)方法31.6測(cè)風(fēng)注意事項(xiàng)41.7 各類(lèi)傳感器性能比較51.8超聲波風(fēng)速傳感器的主要特點(diǎn)6第2章工作原理及設(shè)計(jì)方案72.1工作原理7卡曼渦街原理7超聲波旋渦式風(fēng)速傳感器工作原理82.2設(shè)計(jì)方案9第3章各部分電路設(shè)計(jì)113.1電源電路的設(shè)計(jì)113.2發(fā)射電路設(shè)計(jì)12電感三點(diǎn)式振蕩器12乙類(lèi)推挽功率放大電路143.2.3 相關(guān)的計(jì)算153.3超聲波發(fā)射/接收電路163.4接收電路的設(shè)計(jì)17 中頻放大電路173.4.2 檢波電路18低頻放大電路193.5整形電路的設(shè)計(jì)2

4、13.6頻率-電流裝換電路的設(shè)計(jì)223.7顯示電路的設(shè)計(jì)23第4章 風(fēng)速傳感器的應(yīng)用294.1使用前的準(zhǔn)備294.2 傳感器接線294.3 風(fēng)速傳感器使用注意事項(xiàng)304.4 維護(hù)與保養(yǎng)30結(jié)束語(yǔ)32致謝33參考文獻(xiàn)1附錄2摘要礦用傳感器是煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的“耳目”，它用于監(jiān)測(cè)煤礦環(huán)境參數(shù)與生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)，將各種物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是煤炭高產(chǎn)、高效、安全生產(chǎn)的重要保證。世界各主要產(chǎn)煤國(guó)對(duì)此都十分重視，研制、生產(chǎn)和推廣使用了環(huán)境安全、軌道運(yùn)輸、膠帶運(yùn)輸、提升運(yùn)輸、供電、排水、礦山壓力、火災(zāi)、水災(zāi)、煤與瓦斯突出、大型機(jī)電設(shè)備健康狀況等監(jiān)控系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)率和設(shè)備利用率，增強(qiáng)了礦山安全。隨著

5、傳感器技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息傳輸技術(shù)的發(fā)展和在煤礦的應(yīng)用，為適應(yīng)機(jī)械化采煤的需要，礦井監(jiān)控系統(tǒng)由早期的單一參數(shù)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，發(fā)展為多參數(shù)單方面監(jiān)控系統(tǒng)。這些系統(tǒng)均針對(duì)某一方面的多參數(shù)監(jiān)控，這包括環(huán)境安全監(jiān)控系統(tǒng)、軌道運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)，膠帶運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)、提升運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)、供電監(jiān)控系統(tǒng)、排水監(jiān)控系統(tǒng)、礦山壓力監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、水災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、煤與瓦斯突出監(jiān)控系統(tǒng)、大型機(jī)電設(shè)備健康狀況監(jiān)控系統(tǒng)等。環(huán)境安全監(jiān)控系統(tǒng)主要用來(lái)監(jiān)測(cè)甲烷濃度、一氧化碳濃度、二氧化碳濃度、氧氣濃度、硫化氫濃度、風(fēng)速、負(fù)壓、濕度、溫度、風(fēng)門(mén)狀態(tài)、風(fēng)窗狀態(tài)、風(fēng)筒狀態(tài)、局部通風(fēng)機(jī)開(kāi)停、主通風(fēng)機(jī)開(kāi)停、工作電壓、工作電流等，并實(shí)

6、現(xiàn)甲烷超限聲光報(bào)警、斷電和甲烷風(fēng)電閉鎖控制等。環(huán)境參數(shù)傳感器包括甲烷、一氧化碳、二氧化碳、溫度、濕度、風(fēng)速、絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力(負(fù)壓)、粉塵、煙霧等傳感器。生產(chǎn)參數(shù)傳感器包括機(jī)電設(shè)備開(kāi)停、料位、皮帶秤重、機(jī)組位置、皮帶打滑、電壓、電流、功率等傳感器。礦用風(fēng)速傳感器在煤礦開(kāi)采業(yè)中的作用，不可小覷。在煤礦開(kāi)采時(shí)風(fēng)速的大小直接影響礦工的生命安全，風(fēng)速太小，有害氣體得不到及時(shí)的稀釋?zhuān)赡軐?dǎo)致爆炸；如瓦斯爆炸。當(dāng)風(fēng)速太大時(shí)，可能導(dǎo)致粉塵爆炸。因此風(fēng)速傳感器在煤礦開(kāi)采中至關(guān)重要。主要是將信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲波，利用接收換能器接收經(jīng)過(guò)風(fēng)速調(diào)制的信號(hào)。然后經(jīng)過(guò)中頻放大、檢波、低頻放大、整形后得到方波，然后分兩路，一

7、路送給就地顯示，一路進(jìn)行F/I轉(zhuǎn)換。 第1章 礦用風(fēng)速傳感器概述1.1礦用風(fēng)速傳感器的作用礦用風(fēng)速傳感器用于檢測(cè)煤礦井下各坑道、風(fēng)口、主風(fēng)扇等處的風(fēng)速。在煤炭開(kāi)采的過(guò)程中，總有瓦斯涌出。為稀釋礦井空氣中的瓦斯，需不斷地向井下輸送新鮮空氣。風(fēng)量是通風(fēng)系統(tǒng)的重要參數(shù)之一。因此，對(duì)礦井風(fēng)速的監(jiān)測(cè)是礦井監(jiān)控的主要內(nèi)容之一。1.2礦用風(fēng)速傳感器的安裝位置安裝：風(fēng)速傳感器可安裝在主要測(cè)風(fēng)站和進(jìn)回風(fēng)巷等地。安裝地應(yīng)在距頂板較好無(wú)明顯淋水，不妨礙運(yùn)輸和行人安全的地方，傳感頭指向應(yīng)與風(fēng)流方向一致。安裝前應(yīng)首先測(cè)量通道平均風(fēng)速，任選一點(diǎn)安裝，遙控器對(duì)準(zhǔn)傳感器按動(dòng)上、下鍵，使就地顯示為平均風(fēng)速即可。注意：傳感器安裝

8、一定要牢固，不得擺動(dòng)，傳感器測(cè)風(fēng)面一定要垂直風(fēng)流方向。1.3礦用風(fēng)速傳感器的技術(shù)指標(biāo)測(cè)量范圍：0.4 15m/s測(cè)量誤差：±0.3m/s輸出信號(hào)：頻率型200Hz1000Hz或電流型1mA5mA工作電壓：12V21V(DC)工作電流：90 mA傳輸距離：2Km1.4礦用風(fēng)速傳感器的分類(lèi)（1）按傳感器用途可分為環(huán)境參數(shù)傳感器與生產(chǎn)參數(shù)傳感器。（2）按供電方式可分為自帶電源式傳感器與外接電源式傳感器兩種。（3）按其輸出信號(hào)形式可分為模擬量、開(kāi)關(guān)量、累計(jì)脈沖量等。模擬信號(hào)應(yīng)符合下列信號(hào)制式：電流模擬信號(hào)為15mA或420mA，頻率模擬信號(hào)為2001000Hz或515Hz。（4）按作用原理不

9、同可分為：機(jī)械翼式風(fēng)速傳感器、電子翼式風(fēng)速傳感器、熱效應(yīng)式風(fēng)速傳感器超聲波風(fēng)速傳感器。（5）按風(fēng)速的測(cè)量范圍可分為高速風(fēng)速傳感器（V>10m/s）、中速風(fēng)速傳感器（V=0.5m/s10m/s）、低速風(fēng)速傳感器(V =0.3m/s0.5m/s)1.5測(cè)風(fēng)方法測(cè)量井巷的風(fēng)量一般要在測(cè)風(fēng)站內(nèi)進(jìn)行，在沒(méi)有測(cè)風(fēng)站的巷道中測(cè)風(fēng)時(shí)，要選一段巷道沒(méi)有漏風(fēng)、支架齊全、斷面規(guī)整的直線段進(jìn)行測(cè)風(fēng)?？諝庠诰镏辛鲃?dòng)時(shí)，由于受到內(nèi)外摩擦的影響，風(fēng)速在巷道斷面內(nèi)的分布是不均勻的I如圖1-1所示。在巷道軸心部分風(fēng)速最大，而靠近巷道周壁風(fēng)速最小，通常所說(shuō)的風(fēng)速是指平均風(fēng)速而言，故用風(fēng)表測(cè)風(fēng)必須測(cè)出平均風(fēng)速。為了測(cè)得巷道

10、斷面上的平均風(fēng)速，測(cè)風(fēng)時(shí)可采用路線法，即將風(fēng)表按圖1-2所示的路線均勻移動(dòng)測(cè)出斷面上的風(fēng)速；或者采用分格定點(diǎn)法，如圖1-3所示，即將巷道斷面分為若干方格，使風(fēng)表在每格內(nèi)停留相等的時(shí)問(wèn)，進(jìn)行移動(dòng)測(cè)定，然后計(jì)算出平均風(fēng)速。根據(jù)斷面大小，常用的有9點(diǎn)法、12點(diǎn)法等。 圖1-1風(fēng)速流動(dòng)狀態(tài) 圖1-2 線路法測(cè)風(fēng) 圖1-3定點(diǎn)法測(cè)風(fēng)測(cè)風(fēng)時(shí)，根據(jù)測(cè)風(fēng)員的站立姿勢(shì)不同又分為迎面法和側(cè)身法兩種。迎面法是測(cè)風(fēng)員面向風(fēng)流方向，手持風(fēng)速傳感器，將手臂向正前方伸直進(jìn)行測(cè)風(fēng)。此時(shí)因測(cè)風(fēng)人員立于巷道中間，阻擋了風(fēng)流前進(jìn)，降低了風(fēng)速傳感器測(cè)得的風(fēng)速。為了消除測(cè)風(fēng)時(shí)人體對(duì)風(fēng)流的影響，須將測(cè)算的真實(shí)風(fēng)速乘以校正系數(shù)(1.14)

11、才能得出實(shí)際風(fēng)速。側(cè)身法是測(cè)風(fēng)人員背向巷道壁站立，手持風(fēng)速傳感器，將手臂向風(fēng)流垂直方向伸直，然后測(cè)風(fēng)。用側(cè)身法測(cè)風(fēng)時(shí)，測(cè)風(fēng)人員立于巷道內(nèi)減少了通風(fēng)斷面，從而增大了風(fēng)速，需對(duì)測(cè)風(fēng)結(jié)果進(jìn)行校正，其校正系數(shù)按下式計(jì)算：式中 K-測(cè)風(fēng)校正系數(shù)，S測(cè)風(fēng)站的斷面積（m2）， 0.4- 測(cè)風(fēng)人員阻擋風(fēng)流的斷面積（m2）。 1.6測(cè)風(fēng)注意事項(xiàng)(1) 風(fēng)速傳感器度盤(pán)一側(cè)背向風(fēng)流，即測(cè)風(fēng)員能看到度盤(pán)；否則，風(fēng)速傳感器指針會(huì)發(fā)生倒轉(zhuǎn)。(2) 風(fēng)速傳感器不能距人體太近，否則會(huì)引起較大的誤差。(3) 風(fēng)速傳感器在測(cè)量路線上移動(dòng)時(shí)，速度一定要均勻。在實(shí)際工作中，這點(diǎn)常不被重視，由此引起的誤差是很大的。如果風(fēng)速傳感器在巷道

12、中心部分停留的時(shí)間長(zhǎng)，則測(cè)量結(jié)果較實(shí)際風(fēng)速偏高；反之，測(cè)量結(jié)果較實(shí)際值偏低。(4)葉輪式風(fēng)速傳感器一定要與風(fēng)流方向垂直，在傾斜巷道測(cè)風(fēng)時(shí)，更應(yīng)注意。如表1-1傳感器偏角對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。由表1-1可知偏角10°以內(nèi)時(shí)所產(chǎn)生的誤差可忽略不計(jì)。表1-1傳感器偏角對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響風(fēng)度偏角/(°)風(fēng)表平均讀數(shù)誤差/%O141OO355140.51.4210139O2.5015137.56.5020132O(5) 在同一斷面測(cè)風(fēng)次數(shù)不應(yīng)小于3，三次測(cè)量結(jié)果的最大誤差不應(yīng)超過(guò)5%。(6)傳感器的量程應(yīng)和測(cè)定的風(fēng)速相適應(yīng)，否則將造成風(fēng)速傳感器損壞或量程不準(zhǔn)確。(7)為了減小測(cè)量誤差，一般

13、要求在1min時(shí)間內(nèi)，使傳感器從移動(dòng)路線的起點(diǎn)到達(dá)終點(diǎn)。(8)使用前還應(yīng)注意傳感器的校正有效期。1.7 各類(lèi)傳感器性能比較表1-2各類(lèi)傳感器性能的比較礦用風(fēng)速傳感器的種類(lèi)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)機(jī)械翼式風(fēng)速傳感器體積小，質(zhì)量輕，可測(cè)平均速度。精度低，不能直接指示風(fēng)速，不能自動(dòng)遙測(cè)，不能測(cè)微風(fēng)。電子翼式風(fēng)速傳感器接近開(kāi)關(guān)式（感應(yīng)式）電容式光電式能發(fā)展遙測(cè)，精確度比機(jī)械翼式高，能直接指示瞬時(shí)風(fēng)速。葉片有慣性運(yùn)動(dòng)，所以測(cè)量值偏大，體積和質(zhì)量比機(jī)械翼式大，構(gòu)造復(fù)雜，風(fēng)速過(guò)高不能測(cè)、風(fēng)速過(guò)低也不能測(cè)。熱效應(yīng)式風(fēng)速傳感器熱線式熱球式熱敏電阻式?jīng)]有慣性影響，高低風(fēng)速均可測(cè)，能發(fā)展遙測(cè)。熱敏電阻和熱球的測(cè)值呈非線性，受濕度和

14、氣體成份的影響。超聲波風(fēng)速傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壽命長(zhǎng)，性能穩(wěn)定，不受風(fēng)流的影響，精度高，風(fēng)速測(cè)量范圍大。通過(guò)表中的比較，可以明顯的看到，設(shè)計(jì)傳感器最好的選擇就是超聲波風(fēng)速傳感器。不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，不受風(fēng)流影響而且精度高，測(cè)量范圍大。1.8超聲波風(fēng)速傳感器的主要特點(diǎn)1.超聲波旋渦式風(fēng)速傳感器具有如下特點(diǎn)(1)采用超聲波渦街原理具有可動(dòng)部件，可靠性高介質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。(2)紅外線遙控調(diào)校，避免校正時(shí)干擾流場(chǎng)(3)采用新型單片微機(jī)和高集成數(shù)字化電路，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，便于維修與調(diào)試(4)外殼采用全不銹鋼材料-設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了傳感器的抗沖擊和抗腐蝕能力2.超聲波旋渦式風(fēng)速傳感器具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1

15、）無(wú)可動(dòng)部件，無(wú)機(jī)械磨損，性能穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)；（2）輸出本身就是與風(fēng)速成線性關(guān)系的脈沖頻率信號(hào)，沒(méi)有零點(diǎn)漂移，且敏感元件靈敏度變化不會(huì)直接影響輸出，測(cè)量精度高；（3）輸出信號(hào)不受流體特性（溫度、濕度、壓力、成份、密度、粘度、礦塵等）影響；（4）響應(yīng)迅速。第2章工作原理及設(shè)計(jì)方案2.1工作原理礦用風(fēng)速傳感器是利用卡曼渦街原理和超聲波旋渦式風(fēng)速傳感器工作原理下面分別介紹卡曼渦街效應(yīng)和旋渦式風(fēng)速傳感器?？鼫u街原理超聲波旋渦式風(fēng)速傳感器是利用卡曼渦街效應(yīng)設(shè)計(jì)的。在流體中設(shè)置旋渦發(fā)生體（阻流體），從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡曼渦街，如圖2-1所示。旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對(duì)

16、稱地排列。 圖2-1卡曼渦街效應(yīng)式中：f-漩渦頻率； s-常數(shù)；圓柱形擋體的s值為0.21；v-未擾動(dòng)流體的速度；d-阻擋體寬度（或直徑）首先將風(fēng)速轉(zhuǎn)換成與風(fēng)速成正比的旋渦頻率，然后通過(guò)超聲波將旋渦頻率轉(zhuǎn)換成超聲波脈沖，后將超聲波脈沖轉(zhuǎn)換成電脈沖，從而測(cè)得風(fēng)速。由于超聲波旋渦式風(fēng)速傳感器具有壽命長(zhǎng)，易維護(hù)，成本低等優(yōu)點(diǎn)。因此，在礦井監(jiān)控系統(tǒng)中獲得了廣泛應(yīng)用。我們知道，在流動(dòng)的水中，垂直于流向插人一阻擋體，在阻擋體的下游會(huì)產(chǎn)生兩列內(nèi)旋的互相交替的旋渦?？梢宰C明：在無(wú)限界流場(chǎng)中，垂直流向插入一根無(wú)限長(zhǎng)非流線形阻擋體，阻擋體的下游將產(chǎn)生兩列內(nèi)旋、互相交替的旋渦，若對(duì)流速、阻擋體截面面積和形狀作適當(dāng)?shù)?/p>

17、限制，則旋渦頻率與流速成正比：其旋渦的發(fā)生頻率為 f，被測(cè)介質(zhì)來(lái)流的平均速度為 V ，旋渦發(fā)生體迎面寬度為d ，交替產(chǎn)生的漩渦數(shù)通過(guò)壓電元件檢測(cè)出頻率 f ，經(jīng)電子線路檢測(cè)后送給定時(shí)控制器、鎖定寄存器進(jìn)行運(yùn)算處理給顯示電路進(jìn)行顯示。超聲波旋渦式風(fēng)速傳感器工作原理：如圖2-2 所示。在風(fēng)洞中設(shè)置確旋渦發(fā)生桿（即阻擋體），在阻擋體下方安裝一對(duì)超聲波發(fā)射器和接收器，當(dāng)流動(dòng)空氣經(jīng)過(guò)旋渦發(fā)生桿時(shí)，在其下方產(chǎn)生兩列內(nèi)旋相互交替的渦旋。由于旋渦對(duì)超聲波的阻擋作用，超聲波接收器將會(huì)收到強(qiáng)度隨旋渦頻率變化的超聲波，即旋渦沒(méi)有阻擋超聲波時(shí)，接收到的超聲波強(qiáng)度最大，旋渦正好阻擋超聲波時(shí)，接收到的超聲波強(qiáng)度最小。超聲

18、波接收器將接收到的幅度變化的超聲波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，所經(jīng)過(guò)放大、解調(diào)、整形等就可獲得與風(fēng)速成正比的脈沖頻率。圖2-2超聲波旋渦式風(fēng)速傳感器工作原理當(dāng)發(fā)生桿一定時(shí)，風(fēng)速越大，形成的卡曼旋渦就越強(qiáng)，對(duì)超聲波束調(diào)制度越大。當(dāng)風(fēng)速很低時(shí)，會(huì)形不成旋渦。為檢測(cè)較低的風(fēng)速，可以增大發(fā)生桿直徑或提高超聲波接收器的靈敏度。能產(chǎn)生旋渦的發(fā)生桿直徑與風(fēng)速關(guān)系如圖2-3 所示。圖2-3產(chǎn)生旋渦的發(fā)生桿直徑與風(fēng)速關(guān)系超聲波發(fā)射與接收器的形狀、截面尺寸、相對(duì)位置、堅(jiān)固程度、發(fā)射與接收器偏移角度等都會(huì)影響靈敏度。超聲波發(fā)射與接收器應(yīng)設(shè)置在其軸線距發(fā)生桿的距離為發(fā)生桿直徑6 倍的地方，以保證線性度。超聲波的工作頻率應(yīng)為1401

19、50kHz，即高于風(fēng)速旋渦頻率兩個(gè)數(shù)量級(jí)，但不要過(guò)高，過(guò)高會(huì)造成超聲波在空氣中傳播時(shí)的嚴(yán)重衰減。2.2設(shè)計(jì)方案礦用風(fēng)速傳感器主要由：電源電路，發(fā)射電路，接收電路，整形電路，頻流轉(zhuǎn)換，就地顯示組成。超聲波旋渦風(fēng)速傳感器是利用卡曼渦街對(duì)超聲波調(diào)制原理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)速的測(cè)量的。傳感器輸出15mA的直流模擬信號(hào)，其值對(duì)應(yīng)015m/s的風(fēng)速值。并有就地?cái)?shù)字顯示功能。可直讀風(fēng)速值。與KJ1型礦井環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配套使用時(shí)，可對(duì)煤礦井下的風(fēng)速進(jìn)行遙測(cè)。其測(cè)量范圍0.415m/s。1.電源電路：由三端固定集成穩(wěn)壓器W和由閘流管SCR、穩(wěn)壓管D4組成的保護(hù)電路構(gòu)成。由電源箱供給21V450mA直流電源，經(jīng)本電路穩(wěn)壓后輸

20、出12V直流電壓作為傳感器的工作電路，當(dāng)W由于某種原因損壞，使輸出電壓大于13V時(shí)，穩(wěn)壓管D4被擊穿，閘流管SCR導(dǎo)通電流經(jīng)SCR流入地，從而實(shí)現(xiàn)就地保護(hù)。2.發(fā)射電路：該電路由電感三點(diǎn)式振蕩器（哈特萊電路）和乙類(lèi)推挽功率放大器組成。振蕩器產(chǎn)生141.5KHz的連續(xù)等幅正弦波，由變壓器輸入端，經(jīng)功率放大后施加到發(fā)射換能器F上。發(fā)射電壓約11V，發(fā)射功率約200mW。3.接收電路：由中頻放大器、檢波器、低頻放大器組成。發(fā)射換能器發(fā)出的超聲波，經(jīng)空氣衰減后，被接收換能器接收，轉(zhuǎn)換能量損失很大，接收換能器輸出的信號(hào)很微弱，一般只有幾毫伏，為了滿足檢波器的需要，實(shí)現(xiàn)大信號(hào)檢波而采用了中頻放大器專(zhuān)門(mén)對(duì)接

21、收換能器輸出的信號(hào)進(jìn)行放大。中頻放大器由兩級(jí)LC選頻放大器組成，放大器的中心頻率為141.5KHz，頻帶寬度為3 KHz，電壓放大倍數(shù)為600800倍，輸出電壓有效值為1V，當(dāng)輸入端短路時(shí)輸出端最大噪聲電壓不大于4mV。檢波器將中頻放大器輸出的調(diào)幅信號(hào)中的低頻漩渦信號(hào)檢出送給低頻放大器，檢波器輸出電壓幅值為510 mV，其值隨風(fēng)速增加而增大。低頻放大器采用8FC7型單電源運(yùn)放構(gòu)成兩級(jí)放大器，每級(jí)放大約20倍，頻率范圍在201200Hz，當(dāng)輸入端短路時(shí)，輸出端噪聲電壓不大于1 mV.4.整形電路：由BG6、BG7兩只硅晶體管構(gòu)成，把低頻放大器輸出的近似正弦波信號(hào)轉(zhuǎn)換成矩形波，完成波形變換，一路送

22、給就地顯示電路，另一路送給頻率電流轉(zhuǎn)換電路。5.頻率電流轉(zhuǎn)換電路：由CMOS單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC4、單電源運(yùn)算放大器IC5、場(chǎng)效應(yīng)晶體管BG8和硅晶體管BG9構(gòu)成。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC4輸出脈沖TM由R42和C26確定，由施密特整形電路輸入的矩形波信號(hào)，經(jīng)單穩(wěn)態(tài)電路再次整形后輸出脈寬恒定幅值恒定的矩形脈沖，經(jīng)R43、WD2、R41、R46、C27分壓濾波后，輸出01V直流電壓信號(hào)，完成頻率電壓轉(zhuǎn)換。輸出電壓信號(hào)可以由WD2在小范圍內(nèi)調(diào)整。 由IC5、BG8、BG9、構(gòu)成恒流電路，WD為模擬負(fù)載電阻。WD5為采樣電阻，IC5結(jié)成同相放大工作狀態(tài)，恒流電路將01V直流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成15mA直流電流信號(hào)，經(jīng)

23、長(zhǎng)線輸送至礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、電源箱，從而完成頻率電流轉(zhuǎn)換。6.就地?cái)?shù)字顯示電路。由CMOS定時(shí)控制器IC6，十進(jìn)制數(shù)字寄存譯碼器IC7、IC8、IC9和數(shù)碼管等構(gòu)成。定時(shí)控制器IC6由晶體振蕩器SZ和R56 、C30、C31構(gòu)成晶體振蕩器，產(chǎn)生32768Hz的振蕩頻率，經(jīng)分頻后，由IC6的12腳輸出32Hz，占空比為50%的方波信號(hào)作為數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。IC6 的2、3腳接入R54、R57構(gòu)成施密特觸發(fā)器，對(duì)輸入的被測(cè)脈沖進(jìn)行整形，被測(cè)信號(hào)由IC3的2腳輸入。R55、C29決定單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的單穩(wěn)時(shí)間，其值應(yīng)取得比最小輸入信號(hào)周期小些，以免前一個(gè)單穩(wěn)時(shí)間尚未結(jié)束，后一個(gè)輸入信號(hào)又到來(lái)。IC7、IC8

24、、IC9 的鎖定寄存器選通信號(hào)是由IC6 的15腳供給。它是由定時(shí)器的窄脈沖產(chǎn)生器產(chǎn)生的間隔周期為1s，脈寬脈沖為1.5x10-5 的負(fù)窄脈沖信號(hào)。IC7、IC8、IC9的清零信號(hào)由IC6的11腳供給。它是由定時(shí)控制器的窄脈沖產(chǎn)生器產(chǎn)生的間隔周期為1s，脈寬脈沖為1.5x10-5 的正窄脈沖信號(hào)。被測(cè)脈沖由IC6的10腳輸出送給IC7的計(jì)數(shù)輸入端6腳進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)時(shí)間到1秒鐘時(shí)，選通信號(hào)到來(lái)，給IC7 IC9鎖定寄存器解鎖，所測(cè)信號(hào)進(jìn)入譯碼器，顯示器將顯示這1秒鐘的測(cè)量值。選通脈沖后，液晶顯示器保持測(cè)量值，同時(shí)清零信號(hào)對(duì)計(jì)數(shù)器清零。清零脈沖過(guò)后，計(jì)數(shù)器開(kāi)始下一秒鐘的計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)又到1秒鐘是，

25、選通信號(hào)又到來(lái)，鎖定寄存器又解鎖，液晶顯示器顯示新的測(cè)量值。如此循環(huán)，顯示器將不斷地顯示新的測(cè)量值，其顯示周期為1秒，如圖2-4. 圖2-4風(fēng)速傳感器原理框圖第3章各部分電路設(shè)計(jì)3.1電源電路的設(shè)計(jì)電源電路的作用就是為發(fā)射電路，接收電路，整形電路，頻流轉(zhuǎn)換電路提供+12V電源，為就地顯示電路提供+5V電源;由煤礦電源箱KDW6B提供+21V電壓；為了得到+12V電壓和+5V電壓可以利用三端固定集成穩(wěn)壓器7812和穩(wěn)壓二極管。三端固定輸出集成穩(wěn)壓器通用產(chǎn)品有CW7800系列（正電源）和CW7900系列（負(fù)電源）。CW7800基本應(yīng)用電路：（7812）如圖3-1；圖3-1由于輸出電壓決定于集成穩(wěn)壓

26、器，故輸出電壓為12V，最大電流1.5A。為使電路正常工作，要求輸入電壓U1比輸出電壓U0至少大2.53V。輸出電容C1用以抵消輸入端較長(zhǎng)接線的電感效應(yīng)，以防止自激振蕩，還可以抑制電源的高頻脈沖干擾。一般取0.11uF。輸出端電容C2、C3用以改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，消除電路的高頻噪聲，同時(shí)也具有消振作用。V是保護(hù)二極管，用來(lái)防止輸入端短路時(shí)輸出電容C3所存儲(chǔ)電荷通過(guò)穩(wěn)壓器放電而損壞器件。穩(wěn)壓二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導(dǎo)體器件.在這臨界擊穿點(diǎn)上,反向電阻降低到一個(gè) 很小的數(shù)值,在這個(gè)低阻區(qū)中電流增加而電壓則保持恒定。當(dāng)電壓過(guò)高時(shí)要進(jìn)行斷電保護(hù)，還要考慮自激振蕩，故設(shè)計(jì)出圖

27、3-2。圖3-2C1、C2為電容，用于濾波；C1用以抵消輸入端較長(zhǎng)接線的電感效應(yīng)，以防止自激振蕩，還可以抑制電源的高頻脈沖干擾，C2用以改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，消除電路的高頻噪聲，同時(shí)也具有消振作用。R1為限流電阻；D1、 D4為穩(wěn)壓管二極管；SCR為晶閘管；W為7812三端固定集成穩(wěn)壓器。VCC輸出電壓經(jīng)過(guò)C1濾波，W穩(wěn)壓輸出12V電壓經(jīng)C2濾波提供給后續(xù)電路，D1穩(wěn)壓得到5V電源給顯示電路供電;當(dāng)W出現(xiàn)故障，輸出電壓高于13V時(shí)穩(wěn)壓管D4被擊穿，晶閘管SCR導(dǎo)通，電流經(jīng)D4和SCR流入地，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)。3.2發(fā)射電路設(shè)計(jì)電感三點(diǎn)式振蕩器振蕩器的組成部分：放大器、正反饋電路和選頻網(wǎng)絡(luò)。放大器能對(duì)

28、振蕩器輸入端所加的輸入信號(hào)予以放大使輸出信號(hào)保持恒定的數(shù)值。正反饋電路保證向振蕩器輸入端提供的反饋信號(hào)是相位相同的，只有這樣才能使振蕩維持下去。選頻網(wǎng)絡(luò)則只允許某個(gè)特定頻率f0能通過(guò)，使振蕩器產(chǎn)生單一頻率的輸出。 正弦波振蕩器按照選頻網(wǎng)絡(luò)所用的元件可以分成 LC 振蕩器、 RC 振蕩器和石英晶體振蕩器三種。石英晶體振蕩器有很高的頻率穩(wěn)定度，只在要求很高的場(chǎng)合使用。在一般家用電器中，大量使用著各種 LC 振蕩器和 RC振蕩器。振蕩電路的作用：是一種能量轉(zhuǎn)換裝置將直流電能轉(zhuǎn)換為具有一定頻率的交流電能。其構(gòu)成的電路叫振蕩電路.（能夠產(chǎn)生振蕩電流的電路叫做振蕩電路。）振蕩器能不能振蕩起來(lái)并維持穩(wěn)定的輸

29、出是由以下兩個(gè)條件決定的；一個(gè)是反饋電壓Uf 和輸入電壓 U i 要相等，這是振幅平衡條件。二是 Uf 和 Ui 必須相位相同，這是相位平衡條件，也就是說(shuō)必須保證是正反饋。一般情況下，振幅平衡條件往往容易做到，所以在判斷一個(gè)振蕩電路能否振蕩，主要是看它的相位平衡條件是否成立。電感三點(diǎn)式振蕩電路的特點(diǎn)是：頻率范圍寬、容易起振，但輸出含有較多高次調(diào)波，波形較差。它的振蕩頻率是：，其中 L=L1 L2 2M 。常用于產(chǎn)生幾十兆赫以下的正弦波信號(hào)。LC振蕩器的選頻網(wǎng)絡(luò)是LC諧振電路。它們的振蕩頻率都比較高，常見(jiàn)電路有 3 種。（1）變壓器反饋LC振蕩電路（2）電容三點(diǎn)式振蕩電路（3）電感三點(diǎn)式振蕩電路

30、振蕩電路中的放大器都是用的共發(fā)射極電路。共發(fā)射極接法的振蕩器增益較高，容易起振。也可以把振蕩電路中的放大器接成共基極電路形式。共基極接法的振蕩器振蕩頻率比較高，而且頻率穩(wěn)定性好；故設(shè)計(jì)出由電感三點(diǎn)式振蕩器（哈特萊電路）圖3-3圖3-3 電感三點(diǎn)式振蕩器電感三點(diǎn)式振蕩電路的特點(diǎn)是：頻率范圍寬、容易起振，但輸出含有較多高次調(diào)波，波形較差。常用于產(chǎn)生幾十兆赫以下的正弦波信號(hào)。電感線圈L1和L2是一個(gè)線圈，a點(diǎn)是中間抽頭。如果設(shè)某個(gè)瞬間集電極電流減小，線圈上的瞬時(shí)極性如圖所示，反饋到發(fā)射極性對(duì)地為正，圖中三極管是共基極接法，所以使發(fā)射結(jié)的凈輸入減小，集電極電流減小，符合正反饋的相位條件。晶體管的輸入電

31、壓和反饋電壓是同相的，滿足相位平衡條件的，因此電路能起振。由于晶體管的 3 個(gè)極是分別接在電感的 3 個(gè)點(diǎn)上的，因此被稱為電感三點(diǎn)式振蕩電路。ZJ1為濾波網(wǎng)絡(luò)；R4、R5、R6組成分壓式偏置電路；C4為交流旁路電容；C6為隔直電容；三極管BG1為振蕩管； L1、L2和C5組成并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)“大電容畫(huà)為導(dǎo)線，小電容不變；大電感開(kāi)路，小電感保持；電阻省略的原則”畫(huà)出交流通路圖3-4：圖3-4 電感三點(diǎn)式振蕩器的交流通路乙類(lèi)推挽功率放大電路圖3-5 乙類(lèi)推挽功率放大電路(2)工作原理（令VBE(on)=0，即=90°)Tr1完成T1、T2兩管輪流工作 Tr2完成電流波形上下合成 在正弦

32、信號(hào)激勵(lì)下，iB1、iB2、iC1、iC2均為半個(gè)正弦波，UCE1、UCE2為完整正弦波 0T/2 ：T1導(dǎo)通，T2截止，產(chǎn)生上半個(gè)正弦波iC1 ，iC1通過(guò)RL ; T/2T : T1截止，T2導(dǎo)通，產(chǎn)生下半個(gè)正弦波iC2 ，iC2通過(guò)RL ; 在一個(gè)周期內(nèi)在RL上合成一個(gè)完整的正弦波。 由LC振蕩器產(chǎn)生145KHz正弦波，經(jīng)過(guò)乙類(lèi)推挽功率放大器放大后由發(fā)射換能器轉(zhuǎn)換為超聲波發(fā)射出去。圖3-6 發(fā)射電路 相關(guān)的計(jì)算LC振蕩頻率是： f 0 = ，其中 L=L1 L2 2M 。起振條件：振幅起振條件：相位起振條件：（n=0,1,2,3）平衡條件：振蕩平衡條件：,相位平衡條件：（n=0

33、,1,2,3） ：放大倍數(shù)；反饋系數(shù)。 ； LC振蕩頻率是：3.3超聲波發(fā)射/接收電路1.超聲波發(fā)射接收頭壓電陶瓷超聲波換能器,壓電陶瓷超聲波換能器體積小，靈敏度高、性能可靠、價(jià)格低廉，是遙控、遙測(cè)、報(bào)警等電子裝置最理想的電子器件、用此換能器構(gòu)成的超聲波遙控開(kāi)關(guān)，可使家電產(chǎn)品、電子玩具加速更新 換代，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。2.技術(shù)參數(shù) 發(fā)射距離:8- 10米 發(fā)射角度:30-60靈敏度：-70dB / V / ubar諧振頻率：40KHZ±1KHZ（UCMT40K1·發(fā)射用）40KHZ±1KHZ（UCMR40K1·接收用）頻 帶 寬：2KHZ±0.

34、5KHZ外形尺寸：16mm×22.5mm3.使用環(huán)境溫 度：-20 + 60 相對(duì)濕度：20 ± 5時(shí)達(dá)98%4.使用注意事項(xiàng)兩接線腳焊接時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，以免器件內(nèi)之焊點(diǎn)溶化脫焊及造成底座與接線腳之間松動(dòng),不宜與腐蝕性物質(zhì)接觸由VT1、VT2組成正反饋回授振蕩器。電路的振蕩頻率決定于反饋元件的T40-16，其諧振頻率為40kHZ±2kHZ。頻率穩(wěn)定性好，不需作任何調(diào)整，并由T40-16作為換能器發(fā)出40kHZ的超聲波信號(hào)。電感L1與電容C2調(diào)諧在40kHZ起作諧振作用。本電路適應(yīng)電壓較寬（312V），且頻率不變。電感采用固定式，電感量5.1mH。整機(jī)工作電流約25m

35、A。發(fā)射超聲波信號(hào)大于8m。 圖3-7 40kHZ超聲波信號(hào)的發(fā)射電路單穩(wěn)式超聲波接收器電路原理圖，超聲波換能器R40-16諧振頻率為40kHZ，經(jīng)R40-16選頻后，將40kHZ以外的干擾信號(hào)衰減，只有諧振于40kHZ的有用信號(hào)（發(fā)射機(jī)信號(hào)）送入VT1VT3組成的高通放大器放大，經(jīng)C5，VD1檢出直流分量，控制VT4，VT5組成的電子開(kāi)關(guān)帶動(dòng)繼電器K工作。由于該電路僅作單路信號(hào)放大，當(dāng)發(fā)射機(jī)每發(fā)射一次超聲波信號(hào)時(shí)，接收機(jī)的繼電器吸合一次（吸合時(shí)間同發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)時(shí)間相同），無(wú)記憶保持功能?？捎米鳠o(wú)線遙控?cái)z象機(jī)快門(mén)控制、兒童玩具控制、窗簾控制等。電路中VT1的200，VT2的150，

36、其他元件自定。電路不需調(diào)試即可工作。如靈敏度和抗干擾不夠，可檢查三極管的值與電容C4的容量是否偏差太大。經(jīng)實(shí)測(cè)，配合相應(yīng)的發(fā)射機(jī)，遙控距離可達(dá)8m以上。在室內(nèi)因墻壁反射，故沒(méi)有方向性。電路工作電壓3V，靜態(tài)電流小于 10mA。圖3-8 40kHZ超聲波信號(hào)的接收電路3.4接收電路的設(shè)計(jì) 中頻放大電路發(fā)射換能器發(fā)出的超聲波，經(jīng)空氣衰減后，被接收換能器接收，轉(zhuǎn)換能量損失很大，接收換能器輸出的信號(hào)很微弱，一般只有幾毫伏，為了滿足檢波器的需要，實(shí)現(xiàn)大信號(hào)檢波而采用了中頻放大器專(zhuān)門(mén)對(duì)接收換能器輸出的信號(hào)進(jìn)行放大。中頻放大器由兩級(jí)LC選頻放大器組成，放大器的中心頻率為141.5KHz，頻帶寬度為3 KHz

37、，電壓放大倍數(shù)為600800倍，輸出電壓有效值為1V，當(dāng)輸入端短路時(shí)輸出端最大噪聲電壓不大于4mV。中頻放大器是由兩級(jí)LC選頻放大器組成，S為接收換能器；C8為隔直電容R11、R12為分壓電阻，調(diào)節(jié)兩者的比值，就可以獲得BG4的基極正偏電壓值。 R13、C9和R15、C11用來(lái)改善電路的溫度穩(wěn)定性。圖3-9 中頻放大電路 檢波電路  檢波電路的作用是從調(diào)幅波中取出低頻信號(hào)。它的工作過(guò)程正好和調(diào)幅相反。檢波過(guò)程也是一個(gè)頻率變換過(guò)程，也要使用非線性元器件。常用的有二極管和三極管。另外為了取出低頻有用信號(hào)，還必須使用濾波器濾除高頻分量，所以檢波電路通常包含非線性元器件和濾波器兩部分。下面圖

38、3-10舉二極管檢波器為例說(shuō)明它的工作。圖3-10 二極管檢波電路 圖 3-10是一個(gè)二極管檢波電路。 VD 是檢波元件， C 和 R 是低通濾波器。當(dāng)輸入的已調(diào)波信號(hào)較大時(shí)，二極管 VD 是斷續(xù)工作的。正半周時(shí)，二極管導(dǎo)通，對(duì) C 充電；負(fù)半周和輸入電壓較小時(shí)，二極管截止， C 對(duì) R 放電。在 R 兩端得到的電壓包含的頻率成分很多，經(jīng)過(guò)電容 C 濾除了高頻部分，再經(jīng)過(guò)隔直流電容 C0 的隔直流作用，在輸出端就可得到還原的低頻信號(hào)。圖3-11 檢波電路檢波電路：即二極管包絡(luò)檢波（3-11）。由二極管和RC低通濾波電路組成。二極管導(dǎo)通時(shí)，輸入信號(hào)向C充電，截止時(shí)C向R放電，再輸入信號(hào)

39、作用下，二極管不斷重復(fù)導(dǎo)通和截止，直到充放電達(dá)到平衡，輸出信號(hào)跟蹤了輸入信號(hào)的包絡(luò)。檢波器將中頻放大器輸出的調(diào)幅信號(hào)中的低頻漩渦信號(hào)檢出送給低頻放大器，檢波器輸出電壓幅值為510 mV，其值隨風(fēng)速增加而增大。低頻放大電路如圖3-12所示為單電源低電壓帶通濾波電路。圖3-12 單電源低電壓帶通濾波電路該電路采用單電源運(yùn)算放大器8FC7構(gòu)成二階帶通濾波器，電源電壓范圍可從3V到30V。在決定各元件數(shù)值時(shí)，首先確定帶通濾波器的中心頻率f0，再按下表選用合適的電容C(C=C1=C2)。然后選定Q值。Q值是代表選頻特性的一個(gè)參量，Q值高，通帶就窄。當(dāng)Q=10時(shí)，可得每倍頻程-40dB的頻率響應(yīng)特性。但Q

40、值太大，電路穩(wěn)定性差。一般Q值選擇小于10。閉環(huán)增益K，應(yīng)保證在不失真前提下得到盡可能大的輸出幅度。一般KF小于l。圖3-13低頻放大電路如圖3-13所示，低頻放大器采用8FC7型單電源運(yùn)放構(gòu)成兩級(jí)放大器，每級(jí)放大約20倍，頻率范圍在201200Hz，當(dāng)輸入端短路時(shí)，輸出端噪聲電壓不大于1 mV.3.5整形電路的設(shè)計(jì)圖3-14 整形電路整形電路。由BG6、BG7兩只硅晶體管構(gòu)成，把低頻放大器輸出的近似正弦波信號(hào)轉(zhuǎn)換成矩形波，完成波形變換如圖3-15，一路送給就地顯示電路，另一路送給頻率電流轉(zhuǎn)換電路。3-15 波形圖 3.6頻率-電流裝換電路的設(shè)計(jì)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC4的作用:F / V 轉(zhuǎn)換電路如

41、圖3-16所示，其工作原理是：利用輸入脈沖F 的上升沿（或下降沿）觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器對(duì)應(yīng)每一個(gè)輸人脈沖的上升沿（或下降沿）都有一個(gè)恒定寬度的脈沖輸出，并且輸出脈沖頻率與輸人脈沖頻率相等。該脈沖經(jīng)RC 濾波器濾波后，電壓V0 隨輸人脈沖頻率的增大而增大，從而將頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換電壓信號(hào)。各點(diǎn)波形如圖3-16b 所示。圖3-16 整形波圖3-17 F/I轉(zhuǎn)換電路頻率電流轉(zhuǎn)換電路。由CMOS單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC4、單電源運(yùn)算放大器IC5、場(chǎng)效應(yīng)晶體管BG8和硅晶體管BG9構(gòu)成。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC4輸出脈沖TM由R42和C26確定，由施密特整形電路輸入的矩形波信號(hào)，經(jīng)單穩(wěn)態(tài)電路再次整形后輸出脈寬恒定幅

42、值恒定的矩形脈沖，經(jīng)R43、WD2、R41、R46、C27分壓濾波后，輸出01V直流電壓信號(hào)，完成頻率電壓轉(zhuǎn)換。輸出電壓信號(hào)可以由WD2在小范圍內(nèi)調(diào)整。由IC5、BG8、BG9、構(gòu)成恒流電路，WD為模擬負(fù)載電阻。WD5為采樣電阻，IC5結(jié)成同相放大工作狀態(tài)，恒流電路將01V直流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成15mA直流電流信號(hào)，經(jīng)長(zhǎng)線輸送至礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、電源箱，從而完成頻率電流轉(zhuǎn)換。3.7顯示電路的設(shè)計(jì)顯示電路是由CD4511即（BCD鎖存/7段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器），CD4518（雙BCD同步加計(jì)數(shù)器），LED顯示屏構(gòu)成。1.CD4511是BCD鎖存/7段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器，常用的顯示譯碼器件圖3-18圖3-18 七

43、段鎖存-譯碼-驅(qū)動(dòng)器CD4511CD4511 是專(zhuān)用于將二-十進(jìn)制代碼(BCD)轉(zhuǎn)換成七段顯示信號(hào)的專(zhuān)用標(biāo)準(zhǔn)譯碼器，它由4位鎖存器，7段譯碼電路和驅(qū)動(dòng)器三部分組成。CD4511引腳功能： BI：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0 時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)是怎么樣的，七段數(shù)碼管都會(huì)處于消隱也就是不顯示的狀態(tài)。 LE：鎖定控制端，當(dāng)LE=0時(shí)，允許譯碼輸出。 LE=1時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時(shí)的數(shù)值。LT：3腳是測(cè)試信號(hào)的輸入端，當(dāng)BI=1，LT=0 時(shí)，譯碼輸出全為1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮全部顯示。它主要用來(lái)檢測(cè)數(shù)7段碼管是否有物理?yè)p壞。A1、A2、A3

44、、A4、為8421BCD碼輸入端。 a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。CD4511的里面有上拉電阻，可直接或者接一個(gè)電阻與七段數(shù)碼管接口。數(shù)字電路CD4511的原理（引腳及功能）CD4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，特點(diǎn)：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動(dòng)LED顯示器。CD4511 是一片 CMOS BCD鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動(dòng)器，引腳排列如3-18圖所示。其中a 、b 、c、 d 為 BCD 碼輸入，a為最低位。LT為燈測(cè)試端，加高電平時(shí)，顯示器正常顯示，加

45、低電平時(shí)，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點(diǎn)亮，以檢查顯示器是否有故障。BI為消隱功能端，低電平時(shí)使所有筆段均消隱，正常顯示時(shí)， B1端應(yīng)加高電平。另外 CD4511有拒絕偽碼的特點(diǎn)，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過(guò)十進(jìn)制數(shù)9(1001)時(shí)，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時(shí)鎖存，低電平時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。ag是 7 段輸出，可驅(qū)動(dòng)共陰LED數(shù)碼管。另外，CD4511顯示數(shù)“6”時(shí)，a段消隱；顯示數(shù)“9”時(shí)，d段消隱，所以顯示6、9這兩個(gè)數(shù)時(shí)，字形不太美觀 一般由 CD4511和CD4518配合而成一位計(jì)數(shù)顯示電路，若要多位計(jì)數(shù)，只需將計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)，每級(jí)輸出接一只 CD4511 和 LED 數(shù)碼管即可。所

46、謂共陰 LED 數(shù)碼管是指 7 段 LED 的陰極是連在一起的，在應(yīng)用中應(yīng)接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來(lái)選取，電源電壓5V時(shí)可使用300的限流電阻。CD4511的工作原理 (1)CD4511的工作真值表如表3-1 表3-1 CD 4511的真值表輸入輸出LEBILIDCBAabcdefg顯示XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隱011000011111100011000101100001011001011011012011001111110013011010001100114011010110110115011011000111116011011111100070111

47、0001111111801110011110011901110100000000消隱01110110000000消隱01111000000000消隱01111010000000消隱01111100000000消隱0111111000000消隱111XXXX鎖存 (2).鎖存功能 譯碼器的鎖存電路由傳輸門(mén)和反相器組成,傳輸門(mén)的導(dǎo)通或截止由控制端LE的電平狀態(tài)。 當(dāng)LE為“0”電平導(dǎo)通，TG2截止；當(dāng)LE為“1”電平時(shí)，TG1截止，TG2導(dǎo)通，此時(shí)有鎖存作用。(3).譯碼 CD4511譯碼用兩級(jí)或非門(mén)擔(dān)任，為了簡(jiǎn)化線路，先用二輸入端與非門(mén)對(duì)輸入數(shù) 據(jù)B、C進(jìn)行組合，得出四項(xiàng)，然后將輸入的數(shù)據(jù)A、D一起用或非門(mén)譯碼。 (4).消隱 BI為消隱功能端，該端施加某一電平后，迫使B端輸出為低電平，字形消隱。 消隱輸出J的電平為 J=（C+B