产品自动装箱计数生产线.doc

1、产品自动装箱计数生产线引言工业生产中常常需要自动统计产品的数量，字式电子计数器有直观和计数精确的优点，目前已在各种行业中普遍使用。本次设计的光电计数器采用光电传感器与计数器实现对物件的数目统计。数字式电子计数器有多种计数触发方式，它是由实际使用条件和环境决定的，通常分为接触式计数器和 非接触式计数器两种。本次设计的光电计数器为非接触式计数器中的一种。光电计数器采用光电传感器利用光学原理实现对物件的数目统计。光电式传感器是 将光信号转化为电信号的一种传感器。1 设计任务与要求本设计是设计一个产品自动装箱计数生产线，该生产线能够自动记录生产产品的数量。本产品自动装箱计数生产线适用于日传送产品数万箱

2、，每箱内装产品 12 件的生产线。1.1 工作原理自动装箱传送带每送来一件产品，将光源遮住一次，通过光电元件产生一个脉冲信号，再经整形后输入十二进制（产品件数）计数器，每输入 12 个脉冲，完成一箱包装；同时输出一个脉冲到个位十进制（箱数）计数器，计以 1.再经译码器由 LED 数码管显示箱数。当个位十进制计数器输入 10 个脉冲后，输入一个脉冲（进位）到十进制计数器，记以 10。计数过程，以此类推。该生产线能够记录的最大数量为 99999*12 件。1.2 设计要求独立完成设计所有的内容，明确设计任务，根据任务选择合适的方案，画出系统框图，对方案的各部分进行单元电路的设计。再将各部分连接，设

3、计出完整的系统原理图。所有的电路必须都通过计算机的仿真，使用 Protel 软件会出原理图和印制电路板，并完成符合要求的设计说明书的撰写。2 方案设计和论证本设计通光电元件产生脉冲信号，通过滤波电路，整形电路产生矩形脉冲信号触发计数器计数，当计数脉冲输入十二个脉冲时，向前进位。方案一：用光敏电阻组成电路来将光信号转换成电信号。当有工件通过时，LED 灯得灯光被遮挡，光敏电阻的阻值随光照强度的减弱而增大，相应的电压信号为低电平，通过放大电路将信号放大，经过滤波整形电路产生脉冲信号，触发计数器进行计数，通过数码管显示计数值。方案二：通过光电二极管将光信号转换为电信号。当没有工件通过时，LED 产生

4、的光照到光电二极管，二极管导通，输出的电压为低电平，当有工件通过时，LED 产生的光照到光电二极管，二极管截止，输出的为高电平。由此产生脉冲信号，利用脉冲信号的上升沿触发计数器进行计数，通过数码管显示计数值。方案一由于光敏电阻的阻值变化比较微小，且光敏电阻的光电效应受温度影响较大，部分光敏电阻在低温下的光敏电阻灵敏度较高，在高温下的灵敏度则较低，故我采用方案二进行设计。3 单元电路设计和参数计算3.1 系统框图信号的产生 信号的采集 信号放大 波形的整形 十二进制计数五位十进制计数数码显示单元报警单元图 3.0 系统结构原理框图3.2 单元电路介绍3.2.1 信号的产生信号的产生由发光二极管将

5、电信号转换成光信号，发光二极管通常用化合物，如砷化镓，磷化镓等制成，当有电流经过时会发出光来，常用来作为显示器件。连接电路如图 1 所示，在发射端有一个脉冲信号通过 500 的电阻作用于光电二极管，这个驱动电路可使 LED 发出光信号。图 3.1 发光二极管发射电路3.2.2 光信号采集光电二极管的结构与 PN 姐二极管类似，但在它的 PN 结处，通过管壳上的一个玻璃窗口能接收外部的光照，可用来作为光的测量，可以将光信号转换成电信号。由于软件中没有光电二极管符号，故该部分不做仿真。3.2.3 信号的放大部分运用的是模拟电子技术课程中的单管放大电路，输入的电压信号经过三极管 VT 2N222A

6、放大，C4 和 R5 构成滤波电路。电路连接如图 2 所示。图 3.2 放大电路3.2.4 信号整形部分采用 555 定时器组成施密特触发器对波形进行整形。555 定时器是一种集模拟，数字于一体的中规模的集成电路，可用于信号的产生和信号的变换，还可用于控制与检测电路中。只 需 要 外 接 几 个 电 阻 ， 电 容 ， 就 可 以 实 现 多 谐 振 荡 器 、 单 稳 态 触 发 器 及施 密 特 触 发 器 等 脉 冲 产 生 与 变 换 电 路 。 电 路 如 图 3 所 示 。图 3.3 555 芯 片 组 成 的 整 形 电 路3.2.5 十 二 进 制 数 计 数 器 的 实 现计

7、 数 器 是 常 用 的 时 序 电 路 之 一 ， 它 不 仅 可 用 于 对 脉 冲 进 行 计 数 ， 还 可 以 用 于 分频 ， 定 时 ， 产 生 节 拍 脉 冲 以 及 其 它 时 序 信 号 。 计 数 器 可 分 为 同 步 计 数 器 和 异 步 计 数器 ， 还 可 分 为 加 计 数 器 和 减 计 数 器 和 可 逆 计 数 器 ， 又 可 分 为 二 进 制 码 ， BCD 码 ，循 环 码 等 。 设 计 中 用 复 位 法 获 得 十 二 进 制 计 数 器 ， 即 用 两 片 47192N 芯 片 可 以 实 现十 二 进 制 的 计 数 。 计 数 序 列

8、是 1,2， ， 11,12， 即 是 十 二 进 制 的 ， 且 无 0 数 ， 。 当计 数 到 13 时 ， 通 过 与 非 门 产 生 一 个 复 位 信 号 ， 使 74192N 直 接 置 成 0000， 而74192N， 即 时 的 个 位 直 接 置 成 0001， 从 而 实 现 1 到 12 的 计 数 。 电 路 连 接 如 图 3 所示 。图 3.4 十二进制的计数电路3.2.6 十进制计数的实现原理与十二进制的类似，同样用两片 74192N 可以实现。当个位重 0 跳到 9 时产生进位，并向十位进位，依次可以实现五位十进制的计数。电路连接如图 4 所示。3.2.7 显

9、示装置的实现用 7 段数码管显示各个部分的计数值，分别接到芯片的输出端的 QA，QB，QC，QD即可实现显示的功能。图 3.5 十进制计数电路3.2.8 报警和亮灯装置当箱子装入的工件满十个则会产生一个报警信号，提示箱子快要装满了，响声保持到箱子装满为止。当有工件进入箱子后，LED 等会亮，同样在箱子的工件满十时，则灯会灭。电路连接如图 5 所示。图 3.6 报警和 LED 灯电路4，仿真过程和仿真结果4.1 利用 Multisim 软件对各部分电路进行仿真，得到如下结果，当仿真开始时 LED 灯发光，光照与光电二极管相对，当没有工件通过时，光直接照到光电二极管上，使输出的电压为低电压；当有工

10、件通过时，光被遮挡没法照到光电二极管，输出的电压为高电压。图 4.1 发光二极管的仿真结果4.2 对放大电路进行仿真，电压通过三极管 2N2222A 后得到了放大，放大倍数可以通过调节滑动变阻器的阻值来进行控制，电路中的电容 C4 和电阻 R5 起到了滤波的作用。 图 4.2 放大电路仿真波形4.3 放大后的信号作为输入信号输入到由 555 定时芯片构成的施密特触发器电路中，则可以对信号进行整形产生脉冲信号。产生的信号作为触发器的触发信号对计数器进行触发。图 4.3 整形电路产生的仿真波形4.4 对十二进制电路进行仿真，当脉冲的上升沿到来时，计数器开始计数。观察可知当个位由 1 一直跳到 9，

11、会产生进位，十位则变为 1，然后由于第一片 74192N 的输入A 接+5V，B,C,D 均接地，则个位从 1 开始计数，此时十位的 1 保持不变。后当个位从2 跳到 1 时，十位由于 74192N 的输入端 A,B,C,D 均接地，则十位置为 0。图 4.4 十二进制数的仿真结果4.5 对十进制的电路进行仿真，观察到由于引脚 UP 接高电平，则计数器为加计数，且为上升沿触发。两片芯片通过进位信号 CO 级联，当个位由 1 一直跳到 9 后则产生进位信号，十位跳为 1，实现 0 到 99 的计数。可知用五片 74192 级联则可以实现从 0 到99999 的计数。图 4.5 十进制仿真结果5

12、直流电源的设计方案：并联稳压电源，电路简单易行，所用元件相对较少，当负载电流恒定时稳定性较好，其突出特点是可承受输出短路，但是效率低于串联稳压式电源，输出调节范围小，尤其在小电流时调整承受很大的电流，损耗过大，因而采用串联式稳压电源。直流稳压电源由电源变压器，整流，滤波和稳压电路四部分组成，原理框图如图 5.1所示。电网供给的交流电压 u1 经电源变压器降压后，得到符合需要的交流电压 u2；然后经整流电路变换成方向不变，大小随时间变化的脉动电压 u3；再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直的直流电压 ui.图 5.2 所示的为由分立元件组成的串联型稳压电源的电路图。其整流部分为单相桥式整流

13、，电容滤波电路。稳压部分为串联型稳压电路，它有调整原件、比较放大器、取样电路、基准电压、过流保护电路等组成。其稳压过程为：当电网电压波动，或负载引起输出直流电压变化时，取样电路取出输出电压的一部分输入比较放大器并与基准电压比较，产生的误差信号经 V2 放大后送至调整管 V1 的基极，是调整管改变其压降，以补偿压的变化，从而达到稳定输出电压的目的。电源变压器整流电路滤波电路稳压电路图 5.1 直流电源结构框图图 5.2 串联型稳压电源的电路图6 总原理图和元器件清单1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 9-Jan-2012

14、 Sheet of File: C:Program FilesDesign Explorer 99 SEExamplesLCD Controller.DdbDrawn By:V4R4V2R2V1R1V6R6V5R5R3R3Q1NPN+C2C2+ C1C1+C3CAPACITOR POL2 3X1ASNJ54AC14FK (20)2 3X2ASNJ54AC14FK (20)V+12V V7R7VCC图 6.1 子原理图1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 10-Jan-2012 Shet of File: F:Progra

15、m FilesMyDesign.ddb Drawn By:CLR14 UP5DOWN4 LOAD11A15 B1C10 D9QA 3QB 2QC 6QD 7CO 12BO 13U?COMPONENT_3CLR14 UP5DOWN4 LOAD11A15 B1C10 D9QA 3QB 2QC 6QD 7CO 12BO 13U?COMPONENT_3CLR14 UP5DOWN4 LOAD11A15 B1C10 D9QA 3QB 2QC 6QD 7CO 12BO 13U?COMPONENT_3CLR14 UP5DOWN4 LOAD11A15 B1C10 D9QA 3QB 2QC 6QD 7CO 12B

16、O 13U?COMPONENT_3CLR14 UP5DOWN4 LOAD11A15 B1C10 D9QA 3QB 2QC 6QD 7CO 12BO 13U?COMPONENT_3CLR 14UP 5DOWN 4LOAD 11A 15B 1C 10D 9QA3 QB2QC6 QD7CO12BO13U?COMPONENT_3CLR 14UP5DOWN 4LOAD11A 15B1C 10D9QA3 QB2QC6 QD7CO12BO13U?COMPONENT_3123X?ASNJ54ALS32J (14)121213X?ASNJ54AC10J (14)VCC1234X?LED1234X?LED1234

17、X?LED1234X?LED1234X?LED1234X?LED1234X?LEDVCCVCCVCCVCCVCCIN图 6.2 总原理图6.1，元件清单表一 元件清单表元件序号 型号 主要参数 数量R1 500 1R2 1K 1R3 20k 2R4 2.4K 1R5 4.7K 1C1 10uF 2C2 47uF 174HC14D 1DCD_HEX 174LS00 174192N 17410N 17. 结论与设计体会本次设计基本完成，设计制作的一个简易数字电容表。在制作的过程中，遇到了很多的问题，同时也学到了很多，也懂得了如何综合利用所学到的知识，并多方面的途径掌握所学到知识。先是通过各方面的书

18、籍和报刊对设计任务进行了解并确定制作方案，接着对器材进行选择，利用 Multisim 对电路进行仿真，仿真过程中出现了很多问题，也正是不断的解决这些问题，制作的方案才能够实现。本次设计对所用到的几款芯片的功能,引脚接线，工作原理有了一定的了解，基本掌握了设计几种简单功能的单元电路以及她们的仿真。在这过程中不仅深化了我们所学到的理论知识，同时培养了综合运用能力，增强了独立分析与解决问题的能力。制作过程中遇到很多问题，因为耐心，细心，坚持不懈的努力才能完成。8. 参考文献黄智伟.基于 NI Multisim 的电子电路计算机仿真设计与分析【M】.电子工业出版社康华光.模拟电子技术基础【M】.高等教育出版社康华光.数字电子技术基础【M】.高等教育出版社邹其洪.电力电子实验与计算机仿真【M】.电子工业出版社张宏建.自动检测技术与装置【M】.化学工业出版社王兆安.电力电子技术【M】.机械工业出版社何希才.新型集成电路及其应用实例【M】.科学出版社