红外反射式通道计数器设计报告.docx

1、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

2、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protell99 SE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

3、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Im20mA红外发光管的管压降约为1.2V 实际通过电流Id=（Vcc-Uon

4、）/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

5、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。

6、 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

7、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11） 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1020mA Rmax=(5-1.2)/10=380， Rmin=(5-1.2)/20=190 取R200；2

8、）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=200K；3）七段数码管限流电阻参数的确定： Rmax=(5-1.2)/10=380，Rmin=(5-1.2)/20=190 取R2006、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V14.556VV20.415V40106输出0v40106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200,200K2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Cd401069D触发器74ls7410Cd4011011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