自行車用速度計課程設(shè)計報告

1、 南 昌 工 程 學(xué) 院 11電 信 課 程 設(shè) 計 報 告 題目：自行車車速測量 學(xué)院：信息工程學(xué)院 專業(yè)：11電子信息工程 指導(dǎo)老師： 組長：彭茂飛（2011103266） 組員：鐘智龍（2011103268） 組員：馮熒 （2011103275） 組員：李晨 （2011103262） 組員：李文燃（20111032）目 錄1.概述 1.1課程設(shè)計的組成部分2.測自行車設(shè)計的內(nèi)容2.1紅外對管設(shè)計2.2轉(zhuǎn)速測量設(shè)計2.3數(shù)碼管顯示設(shè)計2.4總電路設(shè)計3.總結(jié)3.1所遇到的問題，你是怎樣解決這些問題的3.2體會收獲及建議4.教師評語5.成績概述1.2轉(zhuǎn)速測量在國內(nèi)外的研究 轉(zhuǎn)速是能源設(shè)備與動

2、力機械性能測試中的一個重要的特性參量，因為動力機械的許多特性參數(shù)是根據(jù)它們與轉(zhuǎn)速的函數(shù)關(guān)系來確定的，例如壓縮機的排氣量、軸功率、內(nèi)燃機的輸出功率等等，而且動力機械的振動、管道氣流脈動、各種工作零件的磨損狀態(tài)等都與轉(zhuǎn)速密切相關(guān)。 轉(zhuǎn)速測量的方法很多，根據(jù)轉(zhuǎn)速測量的工作方式可分為兩大類：接觸式轉(zhuǎn)速測量法與非接觸式轉(zhuǎn)速測量法。前者在使用時必須與被測轉(zhuǎn)軸直接接觸，如離心式轉(zhuǎn)速表測速法、測速發(fā)電機測速法等；后者在使用時不需要與被測轉(zhuǎn)軸接觸,如閃光測速法、光電碼盤測速法。  (1)離心式轉(zhuǎn)速表測速法離心式轉(zhuǎn)速表是利用離心原理制成的測速儀表，可以直接讀出轉(zhuǎn)速。測轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)速表的端頭要插入電機轉(zhuǎn)軸的

3、中心孔內(nèi)，插入前，應(yīng)注意清除中心孔中的油污，并使轉(zhuǎn)速表的軸與電機的軸保持同心，不可上下左右偏斜，否則易將表軸扭壞，并影響準(zhǔn)確讀數(shù)，而且轉(zhuǎn)速表要間歇使用，以減少磨損和發(fā)熱。如果要改變量程，還要將轉(zhuǎn)速表取出停轉(zhuǎn)后再改變量程。 (2)測速發(fā)電機測速法 測速發(fā)電機測轉(zhuǎn)速時，測速發(fā)電機連接到被測電機的軸端，將被測電機的機械轉(zhuǎn)速變換為電壓信號輸出E=CeFn，在輸出端接一個刻度以轉(zhuǎn)速為單位的電壓表，即可讀出轉(zhuǎn)速。 (3)閃光測速法 閃光測速法是利用可調(diào)脈沖頻率的專用電源施加于閃光燈上，將閃光燈的燈光照到電機轉(zhuǎn)動部分(可在電機端軸上粘貼一張標(biāo)記紙片)，當(dāng)調(diào)整脈沖頻率使黑色扇形片靜止不動時，此時脈沖的頻率與電

4、機轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)速是同步的。若脈沖頻率為f，則電機的轉(zhuǎn)速為n=60f(rmin) 。 (4)光電碼盤測速法 光電碼盤測速法是通過測出轉(zhuǎn)速信號的頻率或周期來測量電機轉(zhuǎn)速的一種無接觸測速法。光電碼盤安裝在轉(zhuǎn)子端軸上，隨著電機的轉(zhuǎn)動，光電碼盤也跟著一起轉(zhuǎn)動，如果有一個固定光源照射在碼盤上，則可利用光敏元件，其接收到的光的次數(shù)就是碼盤的編碼數(shù)。若編碼數(shù)為60，測量時間為t，測量到的脈沖數(shù)為N，則n=N/t。紅外對管原理 常用的紅外發(fā)光二極管（如SE303·PH303），其外形和發(fā)光二極管LED相似，發(fā)出紅外光（近紅外線約0.93m ）。管壓降約1.4V ，工作電流一般小于20mA。為了適

5、應(yīng)不同的工作電壓，回路中常串有限流電阻。 發(fā)射紅外線去控制相應(yīng)的受控裝置時，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(diào)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，一些彩電紅外遙控器，其紅外發(fā)光管的工作脈沖中空比約為1/41/3；一些電氣產(chǎn)品紅外遙控器，其占空比是1/10。減小沖占空比還可使小功率紅外發(fā)光二極管的發(fā)射距離大大增加。常見的紅外發(fā)光二極管，其功率分為小功率（1mW10mW）、中功率(20mW50mW)和大功率(50mW100m

6、W以上)三大類。要使紅外發(fā)光二極管產(chǎn)生調(diào)制光，只需在驅(qū)動管上加上一定頻率的脈沖電壓。 用紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外線去控制受控裝置時，受控裝置中均有相應(yīng)的紅外光一電轉(zhuǎn)換元件，如紅外按收二極管，光電三極管等。實用中已有紅外發(fā)射和接收配對的二極管。 紅外線發(fā)射與接收的方式有兩種，其一是直射式，其二是反射式。直射式指發(fā)光管和接收管相對安放在發(fā)射與受控物的兩端，中間相距一定距離；反射式指發(fā)光管和接收管并列一起，平時接收管始終無光照，只在發(fā)光管發(fā)出的紅外光遇到反射物時，接收管收到反射回來的紅外線才工作。轉(zhuǎn)速測量電路一、特點：工作電壓為5V，以數(shù)字電路為核心，通過光電耦合器檢測電動機轉(zhuǎn)動速度，并用數(shù)碼管實時顯

7、示，電路可調(diào)節(jié)模擬轉(zhuǎn)速及顯示頻率。 工作原理及說明： 在電動機轉(zhuǎn)動時，我們?nèi)搜蹮o法統(tǒng)計電動機單位時間轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的圈數(shù)，即使電動機每秒鐘只轉(zhuǎn)動幾圈，我們也無法準(zhǔn)確的數(shù)數(shù)來得到電動機每分鐘的轉(zhuǎn)動圈數(shù)。 本套件就可以測量電動機每秒轉(zhuǎn)動多少圈，最大測量范圍每秒轉(zhuǎn)動999圈，簡單的修改電路，還可以當(dāng)電子計數(shù)器使用。如果需要顯示更大的數(shù)字，用戶可以自行增加CD40110和數(shù)碼管，按照圖中的級連方法進行更多級數(shù)的級連，每增加一級，計數(shù)可增大10倍再加上9，點擊網(wǎng)上原理圖可以打開更清晰的大原理圖。說明：左邊伸出去去的線是用戶增多CD40110級數(shù)需要用到的接線端口，本套件只需要用三級，留空即可。本制作采用CD401

8、10和CD40106來實現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)速表功能，其中CD40110是加減計數(shù)、譯碼、驅(qū)動、鎖存專用芯片，可以實現(xiàn)10進制加1、10進制減1、將計數(shù)值譯成10進制的LED顯示碼、驅(qū)動LED，其內(nèi)部的計數(shù)器和顯示驅(qū)動是分開的，受計數(shù)允許（/TE）、清零復(fù)位（RST）、顯示鎖存控制（LE），其中計數(shù)器還具有獨立的加減輸入端（+-IN）和進（借）位輸出端（+-OUT），本制作中，只需要用到加計數(shù)，因此減輸入端(-IN)對地短路，減借位輸出端（-OUT）留空。寬電壓的CD40110，16腳為電源正極，8腳為電源負極，工作電壓為3-12V，推薦工作電壓為5-6V，其中abcdefg為7段LED數(shù)碼管的驅(qū)動輸出

9、，輸出不能短路，接數(shù)碼管需要接限流電阻，限流電阻的大小一般為200歐到2000歐之間，電源電壓高，限流電阻可適當(dāng)取大；采用高亮LED數(shù)碼管，限流電阻可適當(dāng)取大；只有在電源電壓較低、采用普通LED數(shù)碼管或者大尺寸的數(shù)碼管時，限流電阻可適當(dāng)取小。本套件采用1K歐的電阻為限流電阻。/TE腳為計數(shù)器低電平允許腳，如果該腳為高電平，計數(shù)器在有輸入信號時也會停止計數(shù)，本套件該腳接地，長為低電平，表示計數(shù)器一直處理計數(shù)狀態(tài)。RST腳為計數(shù)器清零腳。清零，表示從0開始計數(shù)，允許計數(shù)時，+IN輸入一個脈沖信號，在上升沿就會進行+1計數(shù)，如果逢9，+OUT還會輸出一個進位信號給高位計數(shù)器的+IN；如果-IN輸入一

10、個脈沖信號，在上升沿就會進行-1計數(shù)，如果逢0，-OUT還會輸出一個進位信號給高位計數(shù)器的-IN；這樣就達到了多位數(shù)自動加減計數(shù)的效果。 LE為顯示鎖存，平時該腳為低電平時，abcdefg的輸出和計數(shù)器的值是相等，如果計數(shù)器這時是3，abcdefg輸出會讓LED顯示成3；如果計數(shù)器加減計數(shù)變化成5，abcdefg輸出就會讓LED顯示成5。當(dāng)LE腳為高電平時，這時，顯示的數(shù)字就會固定不變，不論計數(shù)器是加還是減還是清零，顯示的數(shù)字一律不變，就好象被“鎖”住了一樣。 由于CD40110提供了如此方便、實用的引腳來控制這個芯片的功能，因此，我們只需要定時的讓計數(shù)器定時清零、定時計數(shù)、定時顯示，我們就可

11、以清楚穩(wěn)定的看到單位時間的計數(shù)。因此，我們很容易利用CD40110來制作加減計數(shù)器、正計時器、倒計時器、里程表、轉(zhuǎn)速表、脈搏表、計步表等等，其中轉(zhuǎn)速表具有一定的代表性，下面我們再看看CD40106是如何來配合CD40110實現(xiàn)轉(zhuǎn)速測量的。CD40106也是低功耗寬電壓供電的COMS芯片是帶遲滯功能的6個反向器，本套件采用的是14腳DIP雙列直插封裝的芯片，每個反向器有具一個輸入端和一個輸出端，6反向器占用了12個引腳，剩下的14腳為電源正極，7腳為電源負極，工作電壓為3-12V，推薦工作電壓為5-6V。這里講的遲滯功能，意思就是說輸出端和輸入端有一個時間相位上的延時，當(dāng)然，這個延時跟傳統(tǒng)的延時

12、觀念是完全不相同的，這個延時的時間完全由信號自己的波形來決定，對于邊沿陡峭的方波信號的延時是可以忽略不計的。要完全理解這個遲滯功能，現(xiàn)在來和普通的反向器做區(qū)別對比：任何反相器都是輸入高電平，輸出變成低電平；輸入低電平，輸出就會變成高平?，F(xiàn)在來講不同之處：假設(shè)電源電壓為5V，當(dāng)普通反向器輸入電壓在到2.3V-2.6V之間變化時，輸出會發(fā)生電平翻轉(zhuǎn)，但是當(dāng)電壓在2.5V左右時，輸出為不確定狀態(tài)（輸出電壓也可能就在2.5V左右）；但是CD40106剛不相同，當(dāng)輸入電壓在2.3V-2.6V之間變化時，輸出端會維持以前的電平穩(wěn)定不變，只有當(dāng)輸入電壓遠遠低于2.3V或者遠遠高于2.6V時，輸出才會發(fā)生電平

13、翻轉(zhuǎn)（相當(dāng)于延遲翻轉(zhuǎn)），總之，不論輸入的電壓是多少，輸出端始終都為穩(wěn)定狀態(tài)，完全沒有普通反向器的那種不確定狀態(tài)。CD40106不能用普通的反向器代替，僅管邏輯功能是一樣，引腳排列、工作電壓都是一樣。圖中，反相器1、反相器2為信號整型電路，將光電耦合器感應(yīng)到的轉(zhuǎn)動信號加到最低們的CD40110的加一計數(shù)端，這樣，電機每轉(zhuǎn)動一圈，收到1個信號（本制作會收到2個信號是在模擬轉(zhuǎn)速加倍），這個整號會產(chǎn)生計數(shù)。信號一定要經(jīng)過整形，因為CD40110內(nèi)部沒有遲滯翻轉(zhuǎn)功能，當(dāng)輸入信號邊沿變化較慢時，會產(chǎn)生多個連續(xù)計數(shù)失去準(zhǔn)確性，從而失去計數(shù)意義。 反相器4組成一個1秒（左右）的周期時鐘振蕩器（由C5、R24、

14、R28決定周期）；反相器5將反相器的矩形波變成一個毫秒級寬度（由C6、R25決定寬度）的正脈沖；反相器6在反相器5正脈沖的上升沿產(chǎn)生一個毫秒級寬度的負脈沖（由C7、R27決定寬度）作為CD40110讀取計數(shù)器值讓abcdefg顯示并鎖存，反相器6在反相器5正脈沖的下降沿產(chǎn)生一個毫秒級寬度的正脈沖（由C8、R26決定寬度）作為CD40110計數(shù)器清零的復(fù)位信號。 因此，整個過程： 用幾毫秒計數(shù)復(fù)位（顯示上次的數(shù)） 長達1秒的計數(shù)（顯示上次的數(shù)） 周期到了用幾毫秒讀取本次計數(shù)并鎖存 用幾毫秒計數(shù)器復(fù)位（顯示上次的數(shù)） ，如此周而復(fù)始，這樣我就可以看到延時一個周期的電動機的實時轉(zhuǎn)速。我們將同期調(diào)節(jié)到

15、1秒零幾個毫秒，這樣，我們測得的數(shù)據(jù)就每秒鐘轉(zhuǎn)多少圈。如果我們將CD40110的鎖存腳LE改接成低電平，將復(fù)位腳RST接一個手工復(fù)位開關(guān)，就成了一個常用的電子計數(shù)器。 整個設(shè)計電路原理數(shù)碼管顯示一秒的車速由正脈沖的下降沿作為復(fù)位信號由正脈沖的上升沿作為鎖存信號Cd40110整形成正脈沖1s周期時鐘振蕩器采樣整形計數(shù)總電路原理圖心得體會本次課程設(shè)計是在系統(tǒng)學(xué)習(xí)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)之后通過查閱相關(guān)資料完成的，這次課程設(shè)計給我?guī)砹撕艽蟮氖斋@，讓我學(xué)到了很多，不僅掌握了簡單的電子電路的設(shè)計與制作，也掌握了論文寫作的方法和格式。在制作電路時，我深深體會到連接電路時一定要認真仔細，每一步驟都要認真分析。首先我們到南昌電子市場買了元件，右邊是我們所需要買的元器件設(shè)計電路圖以是我們學(xué)習(xí)的一大難題。為了提高且掌握看圖、識圖、分析圖的方法和技巧，我們特地從網(wǎng)上查找了些專題文章，詳細了解有關(guān)設(shè)計測自行車的基本原理和分析方法。然后再老師的幫助下我們開始焊電路。由于我們?nèi)狈嵺`的動手能力，所以在焊接的過程的過程出了很多的錯誤，造成了虛焊和短路的各種情況，這是我焊接的電路雖然焊接完了電路，都是離成功確還很遠，所以在調(diào)試的過程中遇到了更多的問題，由于我們本身設(shè)備有限，所以我們打算向老師借示波器，萬用表等等！在各種儀器的