對(duì)射式紅外線計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)報(bào)告

1、對(duì)射式紅外線計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)報(bào)告一、【設(shè)計(jì)任務(wù)】紅外光電反射式計(jì)數(shù)器二、【設(shè)計(jì)目的】掌握微弱信號(hào)的傳送方式，以及接受信號(hào)的放大、檢波、反向處理、以及傳感器知識(shí)；掌握555時(shí)基電路構(gòu)成單穩(wěn)觸發(fā)器、多諧振蕩器的設(shè)計(jì)方法；掌握數(shù)字電路計(jì)數(shù)、譯碼、顯示系統(tǒng)的工作原理及設(shè)計(jì)方法。本文所設(shè)計(jì)的計(jì)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(cè)量賓館、飯店、商場(chǎng)、超市、博物館、展覽觀、車(chē)站、碼頭、銀行等場(chǎng)所的人員數(shù)量及人員流通數(shù)量，同時(shí)絲毫不會(huì)侵犯到被測(cè)人員的個(gè)人隱私。該產(chǎn)品應(yīng)用廣泛，也可以測(cè)量流水線上的產(chǎn)品的數(shù)量，以及可檢查產(chǎn)品有無(wú)缺損。本電路的指導(dǎo)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(hào)。當(dāng)有人或物擋住紅外光時(shí)，接收管沒(méi)有接收到紅外信號(hào)，放大器將輸出低電平，同時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)這個(gè)低電平脈沖，并經(jīng)譯碼驅(qū)動(dòng)電路使數(shù)碼管顯示數(shù)值。這樣就得到要統(tǒng)計(jì)的人或物的數(shù)量。計(jì)數(shù)范圍在0999之間，如果需要還可擴(kuò)展。三、【指標(biāo)要求】設(shè)計(jì)、制作一個(gè)反射型計(jì)數(shù)器，對(duì)從檢測(cè)頭前方經(jīng)過(guò)的人手進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)人手通過(guò)時(shí)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值自動(dòng)加一，反射感應(yīng)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(gè)與非門(mén)構(gòu)成負(fù)反饋放大電路放大，采用反相器構(gòu)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(gòu)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(hào)經(jīng)過(guò)反射進(jìn)入接收管變?yōu)殡娦盘?hào)，電信號(hào)經(jīng)過(guò)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(qū)動(dòng)模式。3、觸發(fā)脈沖作為加法計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖，完成計(jì)數(shù)過(guò)程。4、七段LED數(shù)碼管完成計(jì)數(shù)信號(hào)顯示。六、【實(shí)驗(yàn)原理及參數(shù)設(shè)定】工作原理：紅外光電反射式計(jì)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(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生約330赫茲的方波信號(hào)，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管VD1發(fā)射紅外線脈沖。當(dāng)有手阻擋時(shí)，紅外線脈沖即被反射回來(lái),由VD2接收并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，因出現(xiàn)50赫茲燈光干擾，經(jīng)高通濾波濾除，再經(jīng)LM324構(gòu)成的同相放大器放大，再經(jīng)LM324構(gòu)成

4、的電壓比較器整形為方波信號(hào)，包絡(luò)檢波后由LM324構(gòu)成的電壓比較器整形為幅值較大的信號(hào)，得到的方波信號(hào)經(jīng)555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器延時(shí)整形，再經(jīng)非門(mén)后得到的信號(hào)作為觸發(fā)脈沖接到集成同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160的CP端，計(jì)數(shù)由CD4511驅(qū)動(dòng)的七段LED數(shù)碼管顯示。整個(gè)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(shí)基電路構(gòu)成的多諧振蕩器電路是一種將模擬電路和數(shù)字電路結(jié)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(qū)動(dòng)功率較大、定時(shí)準(zhǔn)確等特點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。555時(shí)基電路具有八個(gè)引出端，管腳排列如圖3發(fā)射紅外線去控制相應(yīng)的

5、受控裝置時(shí)，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?yàn)槊}動(dòng)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，本設(shè)計(jì)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(duì)C充電，時(shí)間常數(shù)為 C。放電回路為C經(jīng) 、 和放電管V放電，時(shí)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(cè)電路：采用脈沖式主動(dòng)紅外線檢測(cè)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(qū)動(dòng)下發(fā)射332HZ的方波脈沖調(diào)制的紅外線脈沖。由于在結(jié)構(gòu)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(dāng)手阻擋時(shí)，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(diào)制發(fā)射的紅外信號(hào)，有利于提高檢測(cè)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(fù)載電阻。（3）隔直及高通濾波：接收到的信號(hào)可能存在直流干擾，故采用 的電解電容進(jìn)行隔直處理，隔直電容 與 又構(gòu)成高濾波電路， 為濾除50HZ的干擾波， 應(yīng)大于50，小于332HZ, 取2K。（4）LM324構(gòu)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(hào)送入另一運(yùn)放的同向端，給反向端提供約0.8V基準(zhǔn)電壓，進(jìn)行電壓比較，當(dāng)輸入電壓大于0.8V時(shí)，輸出高電平，反之，輸出低電平。因此參數(shù)設(shè)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(gòu)成的電壓比較器，其作用是將整形電路輸出的方波信號(hào)變成觸發(fā)脈沖。峰值檢波電路的要點(diǎn)是阻容元件的時(shí)間常數(shù) 遠(yuǎn)小于輸入信號(hào)的脈寬。（6）555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：延時(shí)驅(qū)動(dòng)電路采用555時(shí)基電路構(gòu)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(shí)間tw等于電容電壓在充電過(guò)程中，從0上

8、升到 所需要的時(shí)間， ，以此延遲消除毛刺。參數(shù)設(shè)定如下： ，（7）計(jì)數(shù)顯示電路：由集成同步十進(jìn)制74LS160實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)，CD4511驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管七、【組裝調(diào)試】脈沖驅(qū)動(dòng)紅外檢測(cè)，可以使用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器檢測(cè)、脈沖檢波等方案。組裝焊接：在結(jié)構(gòu)上，VD1和VD2應(yīng)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(wú)交叉線，在萬(wàn)能板周邊先布地線。調(diào)試的方法：1、斷電檢查硬件電路完成之后，逐個(gè)檢查焊點(diǎn)，及對(duì)照原理圖檢查硬件電路。2、按照老師的指標(biāo)、整個(gè)調(diào)試過(guò)程分層次進(jìn)行，先調(diào)試單元電路，再調(diào)試模塊電路，最后系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。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(wú)異常。4、單元電路調(diào)試：利

9、用信號(hào)源或其他實(shí)驗(yàn)儀器判斷各單元電路的工作狀態(tài)。5、整機(jī)聯(lián)調(diào)：從最前端到末級(jí)進(jìn)行統(tǒng)調(diào)，檢查各級(jí)動(dòng)態(tài)信號(hào)工作情況，分析是否滿足設(shè)計(jì)要求。6、參數(shù)計(jì)算和器件選擇：555等脈沖紅外驅(qū)動(dòng)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(duì)管。序號(hào)符號(hào)名稱規(guī)格數(shù)量1CD45114線-8線譯碼器1274LS160十進(jìn)制加法計(jì)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(duì)管一對(duì)20LED共陰極顯示器12174LS00四與非門(mén)122LM324放大器1六、【所有相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)】（1）555多諧振蕩器產(chǎn)生的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形（2）VD2接收到的信號(hào)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(hào)波形（4）峰值檢波后的信號(hào)波形檢波整形后會(huì)得到一條帶有毛刺的直流信號(hào)會(huì)導(dǎo)致計(jì)數(shù)器連續(xù)翻轉(zhuǎn)（5）經(jīng)過(guò)555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器延時(shí)后的信號(hào)波形七、【設(shè)計(jì)總結(jié)】（一）設(shè)計(jì)過(guò)程中常見(jiàn)的問(wèn)題及解決辦法：1、用包絡(luò)檢波與波形比較之后，產(chǎn)生毛刺太多，導(dǎo)致計(jì)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(duì)電路進(jìn)行延時(shí)處理2、紅外線反射管工作時(shí)引入強(qiáng)烈的50Hz交流電干擾：用高通濾波電路對(duì)50Hz交流信號(hào)濾除。3、多諧振蕩器產(chǎn)生的方波的占空比過(guò)大：采用加二極管將555構(gòu)成多諧振蕩器（因?yàn)椴患佣O管的多諧振蕩器占空比不小于1/2）。4、為防止沒(méi)有物體經(jīng)過(guò)時(shí)使黑管接收信號(hào)，用擋板將發(fā)射與接收管隔離。（二）心得體會(huì)：通過(guò)本項(xiàng)目的制作，我們電子設(shè)計(jì)有了進(jìn)一步地了解，提高了對(duì)電子設(shè)計(jì)的興趣，增強(qiáng)了大家團(tuán)隊(duì)的協(xié)作能力，深化了理論知識(shí)，鍛煉了自己動(dòng)手能力，學(xué)到了很