模擬電子技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書 紅外線接近開關(guān)的設(shè)計與制作.doc

紅外線接近開關(guān)1、 課題簡介本電路的設(shè)計是根據(jù)生活中的需要而設(shè)計出來的一種計數(shù)器。它適用于工廠生產(chǎn)流水線的計數(shù)和產(chǎn)品的包裝等方面，具有成本低、靈敏度高和制作簡單等優(yōu)點。該模擬計數(shù)器用于工廠流水線計數(shù)打包，馬達(dá)的轉(zhuǎn)動表示傳送帶傳送物體通過紅外線，在數(shù)碼管上計數(shù)。當(dāng)所需打包的物品計滿6個時，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，計數(shù)器重新計數(shù)，如此循環(huán)。電路主要是通過輸入4節(jié)干電池（4*1.5=6v）的直流電壓來對各個小模塊進(jìn)行供電。由紅外線傳感器檢測產(chǎn)生模擬信號，通過NE567構(gòu)成施密特觸發(fā)器對傳感器模擬信號進(jìn)行波形整形，信號進(jìn)入CD40110進(jìn)行計數(shù)、譯碼、驅(qū)動數(shù)碼管，最終通過數(shù)碼管顯示出來；打包信號1、 總體方案a一個用于生產(chǎn)流水線對產(chǎn)品計數(shù)包裝的紅外接近開關(guān)，產(chǎn)品個數(shù)由LED數(shù)碼顯示，當(dāng)產(chǎn)品數(shù)滿6個時，輸出信號驅(qū)動包裝機械（實驗中用指示燈點亮2秒代替）。b檢測距離：不小于20cmc計數(shù)方式：十進(jìn)制加計數(shù)，七段數(shù)碼管顯示產(chǎn)品個數(shù)d輸出延遲時間：2秒，點亮指示燈表示包裝機械工作2、 設(shè)計原理框圖采用主動式紅外線發(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40kHz的振蕩器，用振蕩器輸出的脈沖信號去調(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轉(zhuǎn)換成電信號。當(dāng)待包裝產(chǎn)品進(jìn)入感應(yīng)區(qū)時反射的紅外線被光電管接收到，并輸出電信號。放大：接收到的電信號幅度很小，必須進(jìn)行放大。濾波：接收到的信號中包含了環(huán)境光和其他干擾成分，通過40kHz帶通濾波器可以將這些干擾信號濾除。整形：整形電路的作用是將接收到的反映紅外線信號的脈沖波形變成單個方波脈沖，用于開關(guān)的控制。計數(shù)：對接收到產(chǎn)品反射紅外線產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行計數(shù)，可采用集成計數(shù)器用反饋復(fù)位法等措施構(gòu)成所需的N進(jìn)制計數(shù)器。譯碼：將計數(shù)器輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換成驅(qū)動七段LED數(shù)碼管的筆劃信號。延時電路：延時電路一般采用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，可以在觸發(fā)信號的作用下輸出一個一定寬度的有效電平，輸出信號的寬度取決于單穩(wěn)態(tài)電路中RC元件的取值，可以根據(jù)所需延遲時間2秒計算這些元件的參數(shù)。驅(qū)動電路：由于負(fù)載的工作電壓高驅(qū)動電流大，因此需要設(shè)計相應(yīng)的驅(qū)動電路。3、 單元電路設(shè)計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)計紅外發(fā)射與接收電路鎖相環(huán)是一種能檢測輸入信號相位變化并自動跟蹤其中心頻率電路，其工作原理相對比較復(fù)雜，本設(shè)計可選用NE567主要特點：中心頻率可通過外接阻容元件確定，穩(wěn)定性高，頻率范圍寬（0.1Hz500kHz），帶寬可獨立控制，通帶外信號和噪聲衰減率高，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:信號輸入端引腳4:電源正端引腳5:定時電阻R1，可輸出頻率為f0的方波引腳6:定時電阻R1,電容C1引腳7:電源負(fù)端（接地）引腳8:信號輸出端信號從NE567第3腳輸入，同時送入相位檢測器及90相移檢測器。相位檢測器的輸出經(jīng)低通濾波和放大后作為振蕩器的頻率控制信號。壓控振蕩器的輸出同時作為相位檢測其和90相移檢測器的輸入，從而構(gòu)成鎖相環(huán)。在無輸入信號的情況下，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，在門限電壓（典型值為200mV有效值）以上的輸入信號，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去驅(qū)動紅外發(fā)射管發(fā)光，那么紅外接收器收到的信號頻率就是567的中心頻率，將該信號放大后再送回到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)生一個有效信號。根據(jù)這樣的設(shè)想；電路設(shè)計為兩個部分：567用于產(chǎn)生約40kHz的振蕩信號，在第5腳輸出，經(jīng)兩個NPN三極管構(gòu)成的電流放大電路驅(qū)動，使紅外發(fā)光管按這個頻率發(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)移動物體接近時，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，并經(jīng)運放741放大到50mV以上的信號電壓，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腳輸出一個低電平。3基于CD40110的計數(shù)顯示電路計數(shù)器采用包含可逆計數(shù)器、顯示譯碼器和LED驅(qū)動電路的集成電路CD40110，電路更緊湊，但由于其輸出為七段LED筆劃信號，故必須分析字形，找出所需的反饋復(fù)位信號。CD40110資料4基于555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路的信號燈指示延時電路實際設(shè)備中，將N進(jìn)制計數(shù)器的進(jìn)位信號用于驅(qū)動包裝機械，如機械手，電磁鐵、電動機等，在實驗電路中則用一個指示燈點亮一段時間（比如2秒）即可，而該電路可以用單穩(wěn)態(tài)電路實現(xiàn)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在有效信號的觸發(fā)下，能產(chǎn)生一個寬度一定的輸出脈沖，在這一的寬度的時間里，可以用于觸發(fā)一個發(fā)光二極管。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以采用555集成定時器構(gòu)成。4、 完整的電路原理圖5、 參數(shù)計算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；運放741接成單電源同相輸入比例運算電路，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)將運放同相輸入端的電壓固定于電源電壓的1/2，這是運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電源對放大器產(chǎn)生影響。100mF電容并聯(lián)一個0.1mF小電容是為了提高對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)實驗與課程設(shè)計 李萬臣等編著2、實驗單元電路及其應(yīng)用 黃繼昌等編著3、新型實用電路制作200例 楊邦文編著4、OP放大器電路及其應(yīng)用楊家樹主編5、數(shù)字電路應(yīng)用設(shè)計關(guān)靜主編6、電子工程實踐技術(shù)付家才主編7、NE567數(shù)據(jù)手冊8cd40110數(shù)據(jù)手冊9數(shù)電