光電轉(zhuǎn)速里程測量模塊設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)課程名稱光電子學(xué)課程設(shè)計(jì)題目名稱光電轉(zhuǎn)速里程測量模塊設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)11光信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)生姓名唐偉學(xué) 號(hào)51105020029指導(dǎo)教師曾愛云 二一四年十二月二十九日蚌埠學(xué)院數(shù)學(xué)與物理系課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課 程光電子學(xué)課程設(shè)計(jì)學(xué)生姓名唐偉指導(dǎo)教師曾愛云題 目光電轉(zhuǎn)速里程測量模塊設(shè)計(jì)完成時(shí)間主要內(nèi)容設(shè)計(jì)報(bào)告要求1封面：（學(xué)校統(tǒng)一模板）2課程設(shè)計(jì)任務(wù)書3課程設(shè)計(jì)報(bào)告：摘要和目錄正文（主要原理及公式、設(shè)計(jì)電路圖、軟件模擬程序及設(shè)計(jì)結(jié)果等）心得體會(huì)和參考資料說明：學(xué)生完成課程設(shè)計(jì)后，提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告及設(shè)計(jì)圖或軟件，文字不少于3500 字，并裝訂成冊(cè)。版面要求1.目錄格式：標(biāo)題“目錄”（三號(hào)、黑體、居中

2、）；章標(biāo)題（四號(hào)字、黑體、居 左）；節(jié)標(biāo)題（小四號(hào)字、宋體、居左）；頁碼（小四號(hào)字、居右）2.頁邊距：上2.5cm，下2.5cm，左2.5cm，右2cm，頁眉1.5cm，頁腳1.75cm，左側(cè)裝訂；3.字體：章標(biāo)題，四號(hào)字、黑體、居中；節(jié)標(biāo)題，小四號(hào)字、黑體、居左；4.正文用小四號(hào)宋體，行距為1.5倍行距；頁碼：底部居中，五號(hào)；設(shè)計(jì)時(shí)間安排參考資料1 韓兵.光電控制系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用(第一版).電子工業(yè)出版社.2009.2 張廣軍.光電測試技術(shù)與系統(tǒng)(第一版).京航空航天大學(xué)出版社.2010.3 王慶友.光電技術(shù)（第三版）.電子工業(yè)出版社.2013.4 楊幫文.新型接近開關(guān)和光電開關(guān)實(shí)用手冊(cè)(第一

3、版).電子工業(yè)出版 社.2009.學(xué)生簽名： 指導(dǎo)教師簽名：教研室主任簽名： 系主任簽名：目錄摘要1緒論2一、設(shè)計(jì)的基本原理31、光電耦合器件的含義和特點(diǎn)31.1光電耦合器件的含義31.2光電耦合器件的特點(diǎn)41.3 光電耦合器件抗干擾能力強(qiáng)的原因42、光電耦合開關(guān)5二、設(shè)計(jì)的具體步驟51、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路52、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟6三、設(shè)計(jì)的結(jié)果7四、總結(jié)與心得8五、參考資料9摘要光電轉(zhuǎn)速里程測量主要是利用光電耦合器件（光電傳感器）進(jìn)行探測，利用被檢測物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無的.光電耦合器件的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)具有很好的線性關(guān)系,信噪比比較高,傳輸信號(hào)具有單方向性,抗干擾

4、能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn).正是如此,在測速方面比一般的機(jī)械或者機(jī)電式結(jié)構(gòu)的測量方法更加優(yōu)越, 其中光電耦合器件又分為對(duì)射式和反射式兩種,本實(shí)驗(yàn)使用對(duì)射式光電開關(guān)測量運(yùn)動(dòng)里程。緒論里程表是日常生活中比較重要的計(jì)量儀表之一，尤其是在汽車方面有廣泛的應(yīng)用。但是由于過去的技術(shù)比較落后，里程表一般都使用機(jī)械式或機(jī)電式的機(jī)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)主要由測速電機(jī)、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字/顯示碼轉(zhuǎn)換、顯示儀表構(gòu)成的。這樣的機(jī)構(gòu)雖然原理非常簡單，設(shè)計(jì)也比較方便，但其缺點(diǎn)也是顯而易見的。如：機(jī)械接觸式設(shè)計(jì)會(huì)影響被測件的正常工作，低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大影響。傳動(dòng)式結(jié)構(gòu)使測量器件壽命變短，間接提高了產(chǎn)品價(jià)格，影響其市場占有率。采用測速電機(jī)，增加了

5、整個(gè)系統(tǒng)的成本降低了測量精度。功率消耗大，無便攜性可言?？梢姡@樣的設(shè)計(jì)給市場推廣帶來了很大的阻礙，而且降低了測量精度，從而很難占領(lǐng)市場。然而采用光電傳感器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械或機(jī)電式結(jié)構(gòu)進(jìn)行里程的測量，能夠很容易的就避免了上述的缺點(diǎn)，而且由于精度高，功耗小等優(yōu)點(diǎn)，是很理想的里程表新器件。一、設(shè)計(jì)的基本原理1、光電耦合器件的含義和特點(diǎn)1.1光電耦合器件的含義光電開關(guān)（光電傳感器:photoelectric switch）是利用被檢測物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)

6、接收到的光線的強(qiáng)弱或有無對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測。 在工業(yè)檢測、電信號(hào)的傳送處理和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，常用繼電器、脈沖變壓器和復(fù)雜的電路來實(shí)現(xiàn)輸入、輸出端裝置與主機(jī)之間的隔離、開關(guān)、匹配和抗干擾等功能。而繼電器動(dòng)作慢、有觸點(diǎn)工作不可靠；變壓器體積大，頻帶窄，所以它們都不是理想的部件。隨著光電技術(shù)的發(fā)展，70年代以后出現(xiàn)了一種新的功能器件光電耦合器件。它是將發(fā)光器件(led)和光敏器件(光敏二、三極管等)密封裝在一起形成的一個(gè)電光電器件，如下圖所示。圖1：把發(fā)光器件與光敏器件封裝在一起構(gòu)成光電耦臺(tái)器件這種器件在信息的傳輸過程中是用光作為媒介把輸入邊和輸出邊的電信號(hào)耦合在一起的，在它的線性工作范圍內(nèi)，這種耦合

7、具有線性變化關(guān)系。由于輸入邊和輸出邊僅用光來耦合，在電性能上完全是隔離的。因此，光電耦臺(tái)器件的電隔離性能、線性傳輸性能等許多特性，都是從“光耦合”這一基本特點(diǎn)中引伸出來的,故有人把光電耦合器件也稱為光電隔離器或光電耦合器。這些名稱的共同點(diǎn)都是為了突出“光耦合”這一基本特點(diǎn)，這也是它區(qū)別于其它器件的根本特征。由于這種器件是一個(gè)利用光耦合做成的電信號(hào)傳輸器件,所以一般稱為光電耦合器件。1.2光電耦合器件的特點(diǎn)具有電隔離的功能。它的輸入、輸出信號(hào)間完全沒有電路的聯(lián)系，所以輸入和輸出回路的電平零位可以任意選擇。絕緣電阻高達(dá)10101012，擊穿電壓高到10025kv，耦合電容小到零點(diǎn)幾個(gè)皮法。信號(hào)傳輸

8、是單向性的，不論脈沖、直流都可以使用。適用于模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。具有抗干擾和噪聲的能力。它作為繼電器和變壓器使用時(shí)，可以使線路板上沒有磁性元件。它不受外界電磁干擾、電源干擾和雜光影響。響應(yīng)速度快。一般可達(dá)微秒數(shù)量級(jí)，甚至納秒數(shù)量級(jí)，它可傳輸?shù)男盘?hào)頻率在直流和10mhz之間。使用方便，具有一般固體器件的可靠性，體積小，重量輕，抗震，密封防水，性能穩(wěn)定，省電，成本低。工作溫度范圍在55+100之間。由于光電耦合器件性能上的優(yōu)點(diǎn)，使它的發(fā)展非常迅速。目前，光電耦臺(tái)器件在品種上有8類500多種。它已在自動(dòng)控制、遙控遙測、航空技術(shù)，電子計(jì)算機(jī)和其它光電、電子技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用。1.3 光電耦合器件抗干

9、擾能力強(qiáng)的原因光電耦合器件之所以具有很高的抗干擾能力，主要有下面幾個(gè)原因。 光電耦臺(tái)器件的輸入阻抗很低，一般為101k；而干擾源的內(nèi)阻一般都巨大，一般為1k1m。按一般分壓比的原理來計(jì)算，能夠饋送到光電耦合器件輸入端的干擾噪聲就變得很小了。 由于一般干擾噪聲源的內(nèi)阻都很大，雖然也能供給較大的干擾電壓但可供出的能量卻很小，只能形成很微弱的電流。而光電耦合器件輸入端的發(fā)光二極管只有在通過一定的電流時(shí)才能發(fā)光。因此，即使是電壓幅值很高的干擾，由于沒有足夠的能量，不能使發(fā)光二極管發(fā)光，從而被它抑制掉了。 光電耦合器件的輸入輸出邊是用光耦合的，且這種耦合又是在一個(gè)密封管殼內(nèi)進(jìn)行的，因而不會(huì)受到外界光的干

10、擾。光電耦合器件的輸入輸出間的寄生電容很小(一般為0.62pf)，絕緣電阻又非常大一般為（10111013)，因而輸出系統(tǒng)內(nèi)的各種干擾噪音很難通過光電耦合器件反饋到輸入系統(tǒng)中去。2、光電耦合開關(guān)光電耦合開關(guān)又分為對(duì)射式和反射式兩種，對(duì)射式光電耦合開關(guān)的紅外發(fā)射直接照射光敏器件，反射式光電耦合開關(guān)的紅外發(fā)射需要通過開關(guān)前物體擋住從而使紅外光反射到光敏器件上。本實(shí)驗(yàn)使用反射式光電開關(guān)測量運(yùn)動(dòng)里程。二、設(shè)計(jì)的具體步驟1、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路下圖為電機(jī)調(diào)速電路原理圖： 供電電壓為6v。本電路調(diào)節(jié)可調(diào)電阻w1輸出頻率在5005khz之間變化。脈沖占空比在1/41/5之間變化。直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與加在電動(dòng)機(jī)兩端的電

11、壓成正比，電壓越高，轉(zhuǎn)速越快。該電路采用電壓反饋方式控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，ne555為比較器工作方式，3腳輸出電壓的占空比受2腳電壓的控制，調(diào)節(jié)w1可以設(shè)定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。d1、d2、c1、c2、r1、r2、w1、ic1ne555組成脈寬可調(diào)節(jié)的脈沖發(fā)生器，調(diào)節(jié)電位器w1可以使ic1ne555輸出的脈沖寬度改變。輸出脈沖經(jīng)過r3、r4、r5、q1、q2驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。d3、c5消除電機(jī)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢，保護(hù)三極管q2。c4用于電源濾波。圖2：電機(jī)調(diào)速電路原理圖圖2：電機(jī)調(diào)速電路原理圖光電開關(guān)電路：r1為紅外發(fā)射管的限流電阻，r2為光敏器件的負(fù)載電阻，led用來指示開關(guān)狀態(tài)。 lm393雙電壓比較器，引腳

12、2輸入電壓恒定為2.5v，引腳3的輸入電壓受u3（紅外接收器）的控制。當(dāng)被遮住時(shí),u3反向截止，電阻無窮大，即引腳3的輸入電壓大于2.5v，d1輸出端為高電平“1”。當(dāng)透過時(shí)，u3導(dǎo)通，引腳3輸入電壓遠(yuǎn)小于2.5v，d1輸出端為低電平“0”。圖3：光電開關(guān)電路2、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟連接實(shí)驗(yàn)電路，電機(jī)調(diào)速模塊接6v直流電源，光電開關(guān)模塊接5v直流電源。并將電機(jī)上的轉(zhuǎn)碼盤放入對(duì)射式光電耦合開關(guān)內(nèi)（光電發(fā)射器發(fā)射的光可透過轉(zhuǎn)盤上的空隙）。示波器探頭測量電路輸出d1端。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)旋鈕“w1”左旋到底，此時(shí)電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)。打開電源開關(guān)，用手轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤，直至光電開關(guān)發(fā)射和接收透過轉(zhuǎn)盤時(shí)空隙和被遮住時(shí)示波器上顯示高低

13、電平跳變，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)旋鈕“w1”直至電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，觀察示波器輸出波形，記錄頻率。計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速。注意轉(zhuǎn)盤上有20個(gè)空隙，轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)動(dòng)一周產(chǎn)生20個(gè)輸出脈沖。計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)電機(jī)運(yùn)行里程，轉(zhuǎn)盤周長為85mm。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源，拆除連線。三、設(shè)計(jì)的結(jié)果圖4：實(shí)物效果總覽圖5：電機(jī)調(diào)速與光電開關(guān)實(shí)物四、總結(jié)與心得通過這次實(shí)驗(yàn)我認(rèn)識(shí)到理論與實(shí)踐結(jié)合的道理，而且理論和知識(shí)一定要豐富，除了本專業(yè)的知識(shí)，還要了解其他專業(yè)的知識(shí)，這就是所謂的邊緣科學(xué)。專業(yè)與專業(yè)之間是有交疊的部分。并且我認(rèn)識(shí)到大一，大二基礎(chǔ)學(xué)科的重要性，所謂九層之臺(tái)，起于壘土；千里之行，始于足下；不積小流，無以成江海；不積跬步，無以至千里；只有夯實(shí)

14、基礎(chǔ)，才能做更高的研究。 這次課程設(shè)計(jì)，是我們所學(xué)知識(shí)的總結(jié)與應(yīng)用，在這個(gè)過程中，發(fā)現(xiàn)自己很多的不足。首先是知識(shí)方面，在與理論結(jié)合方面，要有豐富的理論。有的人說，大學(xué)知識(shí)不重要，只有實(shí)踐才是最重要的，紙上談兵，說一些大道理沒用。而我認(rèn)為實(shí)踐還是要有理論作為支撐的。其次是對(duì)待問題的態(tài)度，應(yīng)該改掉一些想投機(jī)，馬虎的心態(tài)。 從小學(xué)到初中，到高中再到大學(xué)，在這個(gè)求學(xué)的道路上，有這么一句話伴隨著我們“態(tài)度決定成敗”。首先要有良好的心態(tài)，腳踏實(shí)地，做事情要一絲不茍。對(duì)每一個(gè)問題，每一個(gè)細(xì)節(jié)都要弄明白，“差不多”這個(gè)字眼不能在實(shí)驗(yàn)中，不能在課程設(shè)計(jì)中?，F(xiàn)在我們做的每件事都是在為將來打基礎(chǔ)，所以養(yǎng)成良好的心態(tài)，就代表你已經(jīng)成功了一半 在課程設(shè)計(jì)中，我們會(huì)遇到很多問題，一方面我們可以上網(wǎng)，去圖書館等查找資料，最重要的是，同學(xué)之間互相討論，現(xiàn)在團(tuán)隊(duì)合作很重要，不僅僅是