数字式红外测速仪-课程设计.doc

数字式红外测速仪_课程设计

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课程设计

电气与信息工程学院 学院 自动化 专业

题目： 数字式红外测速仪

姓名： 王成龙

学号： 092411237

指导教师： 赵红梅 徐安峰 周焱

时间: 2013 年 6 月 24 日~ 2013年6 月26日

数字式红外测速仪
一、设计技术指标与要求
1、用红外发光二极管、光敏三极管作为速度转换装置。
2、测速范围：10 – 990转/分。
3、三位数字显示,显示不允许闪烁。
二、设计目的和要求
1、设计目的
本课程设计是在前导性验证性认知实验基础上,进行更高层次的命题设计实验,要求学生在教师指导下独立查阅资料、设计、安装和调试特定功能的电子电路.培养学生利用模拟、数字电路知识，解决电子线路中常见实际问题的能力，使学生积累实际电子制作经验,目的在于巩固基础、注重设计、培养技能、追求创新、走向实用。
2、设计要求
1.以电子技术基础的基本理论为指导，将设计实验分为基础型和系统型两个层次，基础型指基本单元电路设计与调试，系统型指若干个模拟、数字基本单元电路组成并完成特定功能的电子电路的设计、调试；
2.熟悉常用电子仪器操作使用和测试方法;
3.学习计算机软件辅助电路设计方法,能熟练应用电子线路CAD进行电路设计和印刷电路板的设计制作；
4。学习电子系统电路的安装调试技术；
5.拓展电子电路的应用领域,能设计、制作出满足一定性能指标或特定功能的电子电路设计任务。

三、实验原理构思
1、转速概念
转速是旋转物体的转数与时间之比的物理量,是描述各种旋转机械运转技术性能的一个重要参量.转速和频率有共同的量纲,都是单位时间内某一量值（脉冲个数、转数) 出现的次数,从理论上讲，转速值可以直接和频率值进行比对。测时计数是转速计量的基本方法.
测定一定单位时间内旋转物体转过的圈数即频率，可等价为所测旋转物体此时的转速。
即 转速n=脉冲频率f＊60
2、光电式红外测速仪
a. 采用转速标准装置，将定向反射纸贴于装置的测速盘上，由转速标准装置通过测速盘输出标准转速，进行检测. 采用脉冲光源测
b. 速装置来检测光电式转速表。这类检测设备通常由频率信号发生器、 频率计数器及一个发光二极管组成。
两种检测装置的工作原理有本质的差别。脉冲光源测速装置能否做为标准，在转速界争议较大。

本课程设计即可采用红外发光二极管和光敏三极管作为速度转换装置来测取旋转物体转速。可将红外发光二极管固定于旋转物体(假设为汽车车轮)定轴上，在转轴上安装一遮光板，在遮光板上可打一个小孔，在转轮旋转时,当发光二极管、小孔、光敏三极管在一条轴线上时小洞才有红外光通过，其他时间则由于挡板作用,没有光通过。光敏电阻接收红外光后转化为一个脉冲，产生一个脉冲则说明转一圈。这样只需要测量一分钟内光敏三极管输出脉冲个数,就可以知道车轮的转速了.
四、设计方案构思
1、方案一
计数器
LED显示
光电转换装置
译码转换
被测旋转物体

图-1 方案一流程图
2方案二
555模拟电平输出
计数器

60s时钟电路
LED显示
译码转换

图-2 方案二流程图

方案二加入了60s时钟电路，同时具备了时钟计数功能，每60s自动清零，停止计数,三位数码显示管示数即为所测旋转物体转速。所以本课程设计采用方案二进行设计。

五、设计原理及步骤
1、数字式红外测速仪原理框图
555模拟电平输出
计数器

60s时钟电路
LED显示
译码转换

图—3 数字式红外测速仪原理框图

2、光电转换模拟电路

图-4 光电转换电路模拟图
用555定时器模拟产生红外线的高电平输出信号。通过改变滑动变阻器的阻值来实现转速的变化.

3、输出脉冲模拟计数
可用控制开关来手动模拟小洞转过一圈时输出一脉冲并计数情景，如下图 上面显示管示数为2,下面显示管示数为3。

图-5 输出脉冲模拟计数

工作原理简述：原先显示译码器示数为2，合上开关A时输出一脉冲信号给计数器,断开时则显示译码器示数为3，即为一次脉冲一次计数。
如果用手动来合上断开开关并计时,而且需要计数一分钟在操作中很难实现，因此出现问题。
4、脉冲计数问题解决
可用555定时器产生1HZ即1s脉冲信号接入计数器进行计数,计数器采用2个十进制计数器74LS160D实现2位计数,当计数到60，停止计数,实现一分钟定时功能。
5、1s脉冲发生器电路—555定时器
该555定时器产生1s时钟脉冲，用于下面计数器计数.

图-6 1s脉冲发生器电路-555定时器

6、六十进制计数器 定时计数电路

图-7 60s定时计数电路

用555定时器输出1HZ(1s）脉冲信号接入计数器进行计数，计数器采用2个十进制计数器74LS160D组成60进制计数器实现2位计数，当计数到60，即停止计数.

7、译码显示电路

图—8 三位译码显示电路图

采用了3片十进制计数器74LS160D，可对输入脉冲信号进行计数，输出结果即为所测转速。
而且计数至990时自动清零，即实现了测速范围 （10~990转/分)。当计数为990时，给出低电平将三片74LS160D全部清零，以等待下一个脉冲信号重新计数。
六、数字式红外测速仪总电路图

图—9 数字式红外测速仪总电路图
总电路图在实际仿真中对原先电路图进行了一些改进,可自动实现一分钟计数功能，而原先总电路还需手动给脉冲信号，人工计时,故减少了工作量。
七、所用器件
红外发光二极管、滑动变阻器、施密特触发器一片
555定时器两片
74LS78N一片
1K电阻、开关、与非、非门、与非门若干，
74LS160D计数器五片、DCD -HEX型数码显示管各五片,
电源若干.
八、设计总结
1、该电路最大的优点是运用74LS160,相比其他计数器速度快一些，而且也提高计数准确度;红外管的灵敏度高，从而减少了测试结果的误差；它是一种非接触型的测试器，使用安全，方便.整个电路主要以数字电路为主，因此相对模拟电路来说误差还是小很多。
2. 在做定时模块电路时,555多谐振荡器,电阻的调节，电容的匹配,在计算及调试上存在困难，通过多次模拟仿真。
3. 在做数码显示模块时，数码显示不稳定问题，连续闪烁.通过添加74LS273D锁存器,从而顺利解决这个问题。在锁存器清零脉冲的选择上与计数器清零基本一致。
4。 在做整体电路设计时，由于电路系统较大，只能采用分页显示。分页显示时又遇到两页之间连接问题，通过键入分页偏置器，解决这个问题
九、设计心得体会
通过本次课程设计，使我对红外测速仪的基本原理有了初步的认识，同时也掌握了电子线路设计的基本思想和方法。可根据设计目的和用途确定电路方案，再画出原理图选择所需元器件，然后按原理图上的结构连接电路中的导线，在连接中并调试.使我充分的发挥了自己的想像力，知道而进,不断进取，只有这样才能获得成功。另外在接线时一定要认真，仔细，耐心,且一步一步地检查分析,避免犯错误。总之通过这次课设使我受益匪浅,同时要感谢老师的指导和帮助。
更重要的是，只有在做实验的时候才会见到一些元器件,缺乏动手能力，这次设计,使我基本学会了仿真软件的使用, 坚强了对一些基本元器件的认识，加深了对它们各自功能的理解，从而理论与实践相结合统一，为以后的学习夯实了基础！总之，这次课程设计，我学到了很多.

参考文献
参考文献:
1、《数字电子技术基础》第五版， 高等教育出版社，阎石
2、《模拟电子技术基础》第四版, 高等教育出版社，童诗白、华成英
3、《虚拟电子实验室》—Mulitisim 7 ， 人民邮电出版社，路而红
4、《模电数电基础实验及Multisim 7仿真》,浙江大学出版社，黄培根、朱维婷等

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