對射式紅外線計數(shù)器設計報告

1、對射式紅外線計數(shù)器設計報告一、【設計任務】紅外光電反射式計數(shù)器二、【設計目的】掌握微弱信號的傳送方式，以及接受信號的放大、檢波、反向處理、以及傳感器知識；掌握555時基電路構成單穩(wěn)觸發(fā)器、多諧振蕩器的設計方法；掌握數(shù)字電路計數(shù)、譯碼、顯示系統(tǒng)的工作原理及設計方法。本文所設計的計數(shù)器是采用反射式紅外線方式，抗干擾性好，可靠性高?？捎糜跍y量賓館、飯店、商場、超市、博物館、展覽觀、車站、碼頭、銀行等場所的人員數(shù)量及人員流通數(shù)量，同時絲毫不會侵犯到被測人員的個人隱私。該產(chǎn)品應用廣泛，也可以測量流水線上的產(chǎn)品的數(shù)量，以及可檢查產(chǎn)品有無缺損。本電路的指導思想是利用紅外發(fā)光管發(fā)射紅外線，紅外接收管接收此紅外

2、線，并將其放大、整流形成高電平信號。當有人或物擋住紅外光時，接收管沒有接收到紅外信號，放大器將輸出低電平，同時計數(shù)器計數(shù)這個低電平脈沖，并經(jīng)譯碼驅動電路使數(shù)碼管顯示數(shù)值。這樣就得到要統(tǒng)計的人或物的數(shù)量。計數(shù)范圍在0999之間，如果需要還可擴展。三、【指標要求】設計、制作一個反射型計數(shù)器，對從檢測頭前方經(jīng)過的人手進行檢測，當人手通過時，計數(shù)器計數(shù)值自動加一，反射感應距離大于5CM，系統(tǒng)供電電壓不大于9V。四、【方案論證】方案一：放大整形部分采用CD4069三個與非門構成負反饋放大電路放大，采用反相器構成的施密特觸發(fā)器方案二：放大整形部分采用LM324同相放大，采用LM324構成的比較器整形五、【

3、所涉及主要電路】1、發(fā)射器發(fā)出的紅外光信號經(jīng)過反射進入接收管變?yōu)殡娦盘枺娦盘柦?jīng)過放大比較整形變換為觸發(fā)脈沖。2、為了增加作用距離，建議采用脈沖紅外光交流驅動模式。3、觸發(fā)脈沖作為加法計數(shù)器的計數(shù)脈沖，完成計數(shù)過程。4、七段LED數(shù)碼管完成計數(shù)信號顯示。六、【實驗原理及參數(shù)設定】工作原理：紅外光電反射式計數(shù)器電路原理框圖如圖1所示，其原理圖如圖2所示。555構成的多諧振蕩器產(chǎn)生約330赫茲的方波信號，驅動紅外發(fā)射管VD1發(fā)射紅外線脈沖。當有手阻擋時，紅外線脈沖即被反射回來,由VD2接收并轉換為電信號，因出現(xiàn)50赫茲燈光干擾，經(jīng)高通濾波濾除，再經(jīng)LM324構成的同相放大器放大，再經(jīng)LM324構成

4、的電壓比較器整形為方波信號，包絡檢波后由LM324構成的電壓比較器整形為幅值較大的信號，得到的方波信號經(jīng)555構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器延時整形，再經(jīng)非門后得到的信號作為觸發(fā)脈沖接到集成同步十進制計數(shù)器74LS160的CP端，計數(shù)由CD4511驅動的七段LED數(shù)碼管顯示。整個電路均使用5V直流穩(wěn)壓電源為各單元電路供電。主要單元電路分析：（1）555多謝振蕩器：用555時基電路構成的多諧振蕩器電路是一種將模擬電路和數(shù)字電路結合在一起的混合集成電路，由于具有寬范圍的單電源電壓，可輸入模擬電平，輸出驅動功率較大、定時準確等特點，得到廣泛應用。555時基電路具有八個引出端，管腳排列如圖3發(fā)射紅外線去控制相應的

5、受控裝置時，其控制的距離與發(fā)射功率成正比。為了增加紅外線的控制距離，紅外發(fā)光二極管工作于脈沖狀態(tài)，因為脈動光（調制光）的有效傳送距離與脈沖的峰值電流成正比，只需盡量提高峰值Ip，就能增加紅外光的發(fā)射距離。提高Ip 的方法是減小脈沖占空比，即壓縮脈沖的寬度，本設計電路采用產(chǎn)生占空比20%，頻率越為330HZ的多諧振蕩電路，充電回路為 經(jīng) 、 對C充電，時間常數(shù)為 C。放電回路為C經(jīng) 、 和放電管V放電，時間常數(shù)為 C。 0.7 C 0.7 C 則占空比q= 振蕩頻率 因此參數(shù)選定如下： =10 =33 C=0.1 。（2）紅外檢測電路：采用脈沖式主動紅外線檢測電路，由紅外發(fā)射二極管VD1和紅外接

6、收二極管VD2等組成。VD1在多諧振蕩器驅動下發(fā)射332HZ的方波脈沖調制的紅外線脈沖。由于在結構上VD1與VD2平行安裝，指向相同，因此VD2并不能直接接收到VD1發(fā)出的紅外線脈沖。只有當手阻擋時，將VD1發(fā)出的紅外線脈沖反射回去，VD2才能接收到。采用方波脈沖調制發(fā)射的紅外信號，有利于提高檢測電路的靈敏度和抗干擾能力，并能夠降低發(fā)射電路的功耗。 是VD1的限流電阻。 是VD2的負載電阻。（3）隔直及高通濾波：接收到的信號可能存在直流干擾，故采用 的電解電容進行隔直處理，隔直電容 與 又構成高濾波電路， 為濾除50HZ的干擾波， 應大于50，小于332HZ, 取2K。（4）LM324構成的放

7、大整形電路：LM324采用5V單電源供電，放大電路為同向放大，放大約16.5倍，輸出信號送入另一運放的同向端，給反向端提供約0.8V基準電壓，進行電壓比較，當輸入電壓大于0.8V時，輸出高電平，反之，輸出低電平。因此參數(shù)設定如下： 。（5）峰值檢波電路及整形：峰值檢波電路由二極管VD3和 低通濾波串聯(lián)而成。整形電路為324構成的電壓比較器，其作用是將整形電路輸出的方波信號變成觸發(fā)脈沖。峰值檢波電路的要點是阻容元件的時間常數(shù) 遠小于輸入信號的脈寬。（6）555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：延時驅動電路采用555時基電路構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，輸出脈沖的寬度tw等于暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間tw等于電容電壓在充電過程中，從0上

8、升到 所需要的時間， ，以此延遲消除毛刺。參數(shù)設定如下： ，（7）計數(shù)顯示電路：由集成同步十進制74LS160實現(xiàn)計數(shù)，CD4511驅動數(shù)碼管七、【組裝調試】脈沖驅動紅外檢測，可以使用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器檢測、脈沖檢波等方案。組裝焊接：在結構上，VD1和VD2應并列平行安裝，按照電路圖以此焊接，注意布局美觀，最好做到無交叉線，在萬能板周邊先布地線。調試的方法：1、斷電檢查硬件電路完成之后，逐個檢查焊點，及對照原理圖檢查硬件電路。2、按照老師的指標、整個調試過程分層次進行，先調試單元電路，再調試模塊電路，最后系統(tǒng)聯(lián)調。3、通電檢查：加入正常電壓，觀察各模塊工作波形及工作電壓有無異常。4、單元電路調試：利

9、用信號源或其他實驗儀器判斷各單元電路的工作狀態(tài)。5、整機聯(lián)調：從最前端到末級進行統(tǒng)調，檢查各級動態(tài)信號工作情況，分析是否滿足設計要求。6、參數(shù)計算和器件選擇：555等脈沖紅外驅動發(fā)射、74LS160、 LM324、CD4511、數(shù)碼管及電阻及電容若干, 紅外耦合反射式對管。序號符號名稱規(guī)格數(shù)量1CD45114線-8線譯碼器1274LS160十進制加法計數(shù)器13NE555多諧振蕩器14NE555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器15R電阻10016R電阻47017R電阻1K88R電阻2K29R電阻4.7K210R電阻5.1111R電阻10K312R電阻33213R電阻100114C電容104215C電容103216C

10、電容1117C電容47uF218二極管In4148319二極管紅外對管一對20LED共陰極顯示器12174LS00四與非門122LM324放大器1六、【所有相關測試數(shù)據(jù)】（1）555多諧振蕩器產(chǎn)生的方波驅動信號波形（2）VD2接收到的信號帶有50HZ燈光干擾，經(jīng)隔直濾波后得到的波形如下（3）放大整形后的信號波形（4）峰值檢波后的信號波形檢波整形后會得到一條帶有毛刺的直流信號會導致計數(shù)器連續(xù)翻轉（5）經(jīng)過555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器延時后的信號波形七、【設計總結】（一）設計過程中常見的問題及解決辦法：1、用包絡檢波與波形比較之后，產(chǎn)生毛刺太多，導致計數(shù)脈沖多次觸發(fā)，故我們組用了555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，對電路進行延時處理2、紅外線反射管工作時引入強烈的50Hz交流電干擾：用高通濾波電路對50Hz交流信號濾除。3、多諧振蕩器產(chǎn)生的方波的占空比過大：采用加二極管將555構成多諧振蕩器（因為不加二極管的多諧振蕩器占空比不小于1/2）。4、為防止沒有物體經(jīng)過時使黑管接收信號，用擋板將發(fā)射與接收管隔離。（二）心得體會：通過本項目的制作，我們電子設計有了進一步地了解，提高了對電子設計的興趣，增強了大家團隊的協(xié)作能力，深化了理論知識，鍛煉了自己動手能力，學到了很