红外反射式通道计数器设计报告.docx

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红外反射式通道计数器设计报告

成都信息工程学院课程设计报告

课程名称：

红外反射式通道计数器

学院：

光电技术学院

专业班级：

应用物理081、082班

学生姓名：

杜康（2008033026）

罗浩（2008033058）

指导教师：

蒋守光刘心田费绍敏

完成时间:

2011/06/02

报告成绩：

评阅意见：

评阅教师日期

电子技术课程设计报告

一、【设计要求】

设计任务：

设计并制作一个红外线反射式通道计数器。

指标要求：

（1）能够对通道内进出的人数进行统计；

（2）当有人进入时自动加一，反之自动减一；

（3）有效作用距离〉20cm；

（4）至少一位数码管显示。

二、【设计的作用、目的】

1．进一步掌握数字电路和模拟电路课程所学的理论知识；

2．掌握微弱信号的传送方式，以及接受信号的放大、检波、反向处理、以及传感器知识；

3．掌握数字电路计数、译码、显示系统的工作原理及设计方法；

4．熟悉常用元器件知识，并掌握其工作原理，进一步学会使用其进行电路设计；

5．了解电路设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题；

6．学会对所设计电路的软件Proteus仿真过程，了解protell99SE设计电路和了解绘制PCB板过程；

7．培养认真严谨的学习态度和实际动手能力以及工艺素质，市场素质，团队精神；

8．培养遇到问题，分析原因，查找原因的能力，以及独立解决问题的能力；

9．学会独立查阅资料，自主学习的能力，以及设计创新的能力。

三、【设计过程】

原理概述：

通过红外接收管接受反射回来的红外线；改变电路参数，触发电路工作；实现计数功能。

设计方案：

1.发射端与接收端：

发射与接收端的电路有两种设计方案可供选择

（1）交流驱动：

发射端可由555构成多谐振荡，产生窄脉冲方波信号驱动红外发光管，接收端主要由滤波，放大，比较电路组成。

部分参考电路图如下：

发射驱动电路：

接收电路：

滤波电路比较器电路

（2）直流驱动：

发射端为发射管电阻与电源串联，接收端由三极管构成门

限电路。

初步设计电路图如下：

发射端电路及参数计算：

红外发光管的最大通过电流Im≈20mA

红外发光管的管压降约为1.2V

实际通过电流Id=（Vcc-Uon）/R

接收端电路及工作原理：

接受电路中当接收管未导通时，

接受管未导通时，输出为电源电压，

当接收管道通时，

电路输出电压为零。

2.后续信号处理及显示电路：

方案一：

纯硬件电路设计，利用利用单稳态电路或者触发器电路产生触

发信号，进而利用CD40110进行加减计数及数码显示

参考电路：

方案二：

利用单片机进行软件编程，处理红外接收信号并显示。

方案选择：

考虑电路复杂程度，我们决定采用直流驱动，为结合我们已学模电数电知识，采用纯硬件电路方案。

一.设计电路图如下：

二.电路功能及原理说明：

1.发射接收端：

功能及原理参见上述直流驱动方案。

2.整流放大：

通过施密特触发器实现整流放大作用，具体功能是，当输入电平超过某一门限电压的时候，输出电源电压，下降至另一门限电压时，输出低电平，从而可以完成将模拟信号转换为数字信号的功能。

3.触发信号提取：

利用d触发器的时钟端对得到的两路信号进行交叉触发，同时利用清零端使触发后复位，从而保证一个人通过时只有一个触发信号有效，保证后续电路正常工作。

4.计数译码显示：

使用cd40110进行计数和译码，驱动七段数码管显示数字。

需要说明的是：

两接收管间的距离应小于通过物体的宽度，这是因为本设计是根据实际情况（通过的是人）来设计的，两接收管的有效状态在时间上应该有重合的时间段，若两有效状态在时间上分离，则在交叉触发的环节会出现触发无效的情况，计数器无法正常工作。

5.CPU有效时的波形图波形图：

两接收管输出分别为Q1，Q2；经过施密特触发器40106以后的输出为X1，X1;经过

D触发器以后的输出为CPU,CPD。

时序关系如下：

Q1:

Q2:

X1:

X2:

CPU:

CPD:

CPD有效时的波形图类似，只需将上图中序号1和2，CPU和CPD交换位置即可。

三.整体框图：

74ls74：

交叉触发，提取有用触发信号。

40106：

整流放大，将模拟信号转换为数字信号

发射管：

发射红外线

接收管：

接收反射后的模拟信号

40110：

计数，译码，驱动显示管显示数字

→→→

四．电路的安装与调试

1）使用的仪器：

万用表，直流电压源，示波器

2）组装焊接：

在结构上，红外接收管和发射管应并列平行安装，且两接收管之间距离不宜过宽，其余按照电路图焊接。

3）调试的方法：

1、断电检查：

硬件电路完成之后，逐个检查焊点，及对照原理

图检查硬件电路。

2、通电检查：

加入正常电压，观察各模块工作波形及工作电压有

无异常。

3、单元电路调试：

利用信号源或其他实验仪器判断各单元电路的

工作状态。

4、整机联调：

从最前端到末级进行统调，检查各级动态信号工作

情况，分析是否满足设计要求。

5、参数计算和器件选择：

元件清单见附录表1

1）红外发射管限流电阻参数的确定：

红外发射管可承受的电压为1.2v，电流为10～20mA

Rmax=（5-1.2）/10=380Ω，

Rmin=（5-1.2）/20=190Ω取R＝200Ω；

2）红外接收管限流电阻参数的确定：

经过测试和对电路的分析选择R=200KΩ；

3）七段数码管限流电阻参数的确定：

∵Rmax=（5-1.2）/10=380Ω，Rmin=（5-1.2）/20=190Ω

∴取R＝200Ω

6、测试的数据：

电源电压：

4.95v

红外接发射管两端电压工作电压：

1.2V

接收管不导通

接收管导通

接收管电压V1＝4.556V

V2＝0.415V

40106输出0v

40106输出4.9v

五.元件列表及参数：

序号

元件名称

参数

备注

1

电阻

200,200K

2

电容

0.1u

瓷片

3

电容

100u

电解

4

数码管

单联共阴

5

红外发射管

6

红外接收管

7

按键

8

施密特触发器

Cd40106

9

D触发器

74ls74

10

Cd40110

11

排孔,排针

六.实际PCB图：

七.电路的特点及方案的优缺点：

此方案的总体特点：

采用40106进行整流放大，大大简化了电路复杂程度，通过适当的调节接受管串联电阻，可以很好的满足实验要求。

缺点：

此电路采用了直流驱动，由于发射管功率限制，整体电路有效探测距离仅限于20cm左右，而交流驱动则可以使发射管具有较大的瞬时功率，有效探测距离更远些。

四、【参考文献】

1.数字电路技术基础（杨志忠卫桦林高等教育出版社）

2.模拟电子技术基础（胡宴如耿苏燕高等教育出版社）

3.其他网络资料

四、【课程建议】

杜康罗浩

2011年06月02日