1、1红外线接近开关1、 课题简介本电路的设计是根据生活中的需要而设计出来的一种计数器。它适用于工厂生产流水线的计数和产品的包装等方面，具有成本低、灵敏度高和制作简单等优点。该模拟计数器用于工厂流水线计数打包，马达的转动表示传送带传送物体通过红外线，在数码管上计数。当所需打包的物品计满 6 个时，传送带停止传送并发出打包信息。2 秒后，打包完成，传送恢复工作，计数器重新计数，如此循环。电路主要是通过输入 4 节干电池（4*1.5=6v）的直流电压来对各个小模块进行供电。由红外线传感器检测产生模拟信号，通过 NE567 构成施密特触发器对传感器模拟信号进行波形整形，信号进入CD40110 进行计数、
2、译码、驱动数码管，最终通过数码管显示出来；打包信号1、 总体方案a 一 个 用 于 生 产 流 水 线 对 产 品 计 数 包 装 的 红 外 接 近 开 关 ， 产 品 个 数 由 LED 数 码 显 示 ， 当 产 品数 满 6 个 时 ， 输 出 信 号 驱 动 包 装 机 械 （实验中用指示灯点亮 2 秒代替） 。b 检测距离：不小于 20cmc 计数方式：十进制加计数，七段数码管显示产品个数d 输出延迟时间：2 秒，点亮指示灯表示包装机械工作2、 设计原理框图红外线发射红外线接收放大滤波整形计数延时4 0 k H z振荡显示译码驱动采用主动式红外线发射与接受的感应方式2红外线发射：为
3、了避免环境中红外线的干扰，通常采用 40kHz 脉冲调制的方式发射红外线，因此必须具备一个 40kHz 的振荡器，用振荡器输出的脉冲信号去调制红外线发射电路。红外线接收：采用光电三极管将红外线信号转换成电信号。当待包装产品进入感应区时反射的红外线被光电管接收到，并输出电信号。放大：接收到的电信号幅度很小，必须进行放大。滤波：接收到的信号中包含了环境光和其他干扰成分，通过 40kHz 带通滤波器可以将这些干扰信号滤除。整形：整形电路的作用是将接收到的反映红外线信号的脉冲波形变成单个方波脉冲，用于开关的控制。计数：对接收到产品反射红外线产生的脉冲进行计数，可采用集成计数器用反馈复位法等措施构成所需
4、的 N 进制计数器。译码：将计数器输出的 8421BCD 码转换成驱动七段 LED 数码管的笔划信号。延时电路：延时电路一般采用单稳态触发器，可以在触发信号的作用下输出一个一定宽度的有效电平，输出信号的宽度取决于单稳态电路中 RC 元件的取值，可以根据所需延迟时间 2 秒计算这些元件的参数。驱动电路：由于负载的工作电压高驱动电流大，因此需要设计相应的驱动电路。3、 单元电路设计1基于 NE567 红外线调制发射电路采用锁相环电路设计红外发射与接收电路锁相环是一种能检测输入信号相位变化并自动跟踪其中心频率电路，其工作原理相对比较复杂，本设计可选用 NE567主 要 特 点 ： 中 心 频 率 可
5、 通 过 外 接 阻 容 元 件 确 定 ， 稳 定 性 高 ， 频 率 范 围 宽 （ 0.1Hz 500kHz） ，带 宽 可 独 立 控 制 ， 通 带 外 信 号 和 噪 声 衰 减 率 高 ， 输 出 端 具 有 100mA 电 流 吸 入 能 力 ， 双 列 直 插DIP 8 脚 封 装 ， 内 部 框 图 如 所 示 ， 各 引 脚 功 能 如 下 ：3引脚1:接输出滤波电容C 3引脚2:接低通滤波电容器C 2引脚3:信号输入端引脚4:电源正端引脚5:定时电阻R 1，可输出频率为f 0的方波引脚6:定时电阻R 1,电容C 1引脚7:电源负端（接地）引脚8:信号输出端信 号 从 N
6、E567 第 3 脚 输 入 ， 同 时 送 入 相 位 检 测 器 及 90相 移 检 测 器 。 相 位 检 测 器 的 输 出 经低 通 滤 波 和 放 大 后 作 为 振 荡 器 的 频 率 控 制 信 号 。 压 控 振 荡 器 的 输 出 同 时 作 为 相 位 检 测 其 和 90相 移 检 测 器 的 输 入 ， 从 而 构 成 锁 相 环 。 在 无 输 入 信 号 的 情 况 下 ， 由 电 流 控 制 振 荡 器 产 生 自 由 振 荡 ，振 荡 频 率 即 为 中 心 频 率 f0， 在 门 限 电 压 （ 典 型 值 为 200mV 有 效 值 ） 以 上 的 输 入
7、 信 号 ， 若 频 率 落在 带 宽 范 围 内 ， 则 第 8 脚 输 出 低 电 平 ， 典 型 应 用 电 路 如 图 2（ b） 所 示 。由 于 NE567 内 部 有 一 个 多 谐 振 荡 器 ， 所 以 如 果 我 们 用 频 率 为 f0 的 该 振 荡 器 的 输 出 信 号 去 驱动 红 外 发 射 管 发 光 ， 那 么 红 外 接 收 器 收 到 的 信 号 频 率 就 是 567 的 中 心 频 率 ， 将 该 信 号 放 大 后 再送 回 到 567 的 第 3 脚 ， ， 其 频 率 必 定 与 567 的 中 心 频 率 相 等 ， 567 将 成 功 将
8、其 锁 定 ， 并 在 第 8 脚产 生 一 个 有 效 信 号 。根 据 这 样 的 设 想 ； 电 路 设 计 为 两 个 部 分 ： 567 用 于 产 生 约 40kHz 的 振 荡 信 号 ， 在 第 5 脚 输出 ， 经 两 个 NPN 三 极 管 构 成 的 电 流 放 大 电 路 驱 动 ， 使 红 外 发 光 管 按 这 个 频 率 发 出 红 外 光 ； 由 于 发出 的 红 外 光 是 脉 冲 形 式 ， 在 占 空 比 较 小 的 情 况 下 ， 允 许 流 过 红 外 发 射 管 的 电 流 大 于 其 平 均 整 流 电流 ， 这 里 可 取 100mA2基于 uA
9、741 红外线接收放大电路接 收 部 分 用 光 电 二 极 管 或 三 极 管 作 为 传 感 器 ， 并 按 反 射 接 收 方 式 与 红 外 发 射 管 安 装 于 同 一 侧 。当 移 动 物 体 接 近 时 ， 发 射 管 发 射 的 红 外 被 反 射 ， 光 电 管 接 收 到 此 反 射 光 后 转 换 为 与 调 制 频 率 相 同的 电 信 号 ， 并 经 运 放 741 放 大 到 50mV 以 上 的 信 号 电 压 ， 该 电 压 送 567 第 3 脚 鉴 相 ， 由 于 其 频 率恒 等 于 567 的 振 荡 频 率 ， 所 以 567 的 第 8 脚 输 出
10、 一 个 低 电 平 。3基于 CD40110 的计数显示电路计 数 器 采 用 包 含 可 逆 计 数 器 、 显 示 译 码 器 和 LED 驱 动 电 路 的 集 成 电 路 CD40110， 电 路 更 紧凑 ， 但 由 于 其 输 出 为 七 段 LED 笔 划 信 号 ， 故 必 须 分 析 字 形 ， 找 出 所 需 的 反 馈 复 位 信 号 。CD40110 资 料 454基于 555 构成的单稳态电路的信号灯指示延时电路实 际 设 备 中 ， 将 N 进 制 计 数 器 的 进 位 信 号 用 于 驱 动 包 装 机 械 ， 如 机 械 手 ， 电 磁 铁 、 电 动 机
11、等 ，在 实 验 电 路 中 则 用 一 个 指 示 灯 点 亮 一 段 时 间 （ 比 如 2 秒 ） 即 可 ， 而 该 电 路 可 以 用 单 稳 态 电 路 实 现 。单 稳 态 触 发 器 在 有 效 信 号 的 触 发 下 ， 能 产 生 一 个 宽 度 一 定 的 输 出 脉 冲 ， 在 这 一 的 宽 度 的 时 间里 ， 可 以 用 于 触 发 一 个 发 光 二 极 管 。单 稳 态 触 发 器 可 以 采 用 555 集 成 定 时 器 构 成 。4、 完整的电路原理图5、 参数计算A 外 围 元 件 R1C1C2C3 的 选 择 合 适 与 否 十 分 重 要 ， 若
12、选 择 不 当 则 电 路 不 能 稳 定 工 作 ， 甚 至 不能 工 作 。 这 些 元 件 的 选 择 原 则 如 下 ：C 42 2 0 0R 31 0 kR 51 kR 45 1 0R 62 0R 11 0 k12345678V c c1C2C3C2R1T2TUL M 5 6 79 0 1 38 0 5 0I R - TI NO U TUU图 3 红外线调制发射电路（包含解调）1.根 据 译 码 信 号 频 率 选 择 R1 和 C1.取 R1 为 220k ， C1 应 选 用 温 度 稳 定 性 好 的 电 容 器 ，C1 的 选 取 可 参 考 式 ， 式 中 f0 为 中 心
13、 频 率 ， 即 所 需 识 别 的 频 率 。01.f（1-1）2.低 通 滤 波 电 容 C2 的 选 取 重 要 考 虑 带 宽 的 要 求 ， 可 参 照 式 计 算 ：027iUBWf(1-2)6其 中 BW 为 带 宽 ， 用 中 心 频 率 f0 的 百 分 值 表 示 ， 即 ， B 为 带 宽 （ Hz） ； f001%BWf为 中 心 频 率 （ Hz） ； Ui 为 输 入 电 压 有 效 值 （ V） ； C2 为 低 通 滤 波 电 容 （ F） 。3.C3 用 于 衰 减 检 测 频 带 以 外 的 寄 生 成 分 ， 典 型 值 取 2C2。 R2 为 上 拉 电
14、 阻 ， 参 考 值 可 在210k 内 取 。振 荡 频 率 可 按 式 （ 1-1） 以 及 式 （ 1-2） 计 算 R2、 C3 的 数 值 。 R1 是 输 出 脚 8 的 上 拉 电 阻 ，一 般 可 取 10k； R6 是 红 外 发 光 管 的 限 流 电 阻 ， 按 红 外 发 光 管 导 通 压 降 2V， 工 作 电 流 100mA 计 算 。B R 11 0 0 kC 24 7 -+R 41 0 0 kR 53 . 3 kR 22 2 kR 32 2 kC 1 . 0 1 C 3 . 0 1 R 6 1 0 0U A 7 4 1C 4. 0 1 C 51 0 0 V c
15、 cO U TUI R - R图 示 电 路 中 ， R1 可 以 将 光 电 管 中 电 流 的 变 化 转 换 为 电 压 ； 运 放 741 接 成 单 电 源 同 相 输 入 比例 运 算 电 路 ， 放 大 倍 数 由 R4 和 R5 决 定 ； 电 阻 R2 和 R3 构 成 的 分 压 网 络 将 运 放 同 相 输 入 端 的 电压 固 定 于 电 源 电 压 的 1/2， 这 是 运 放 单 电 源 使 用 必 须 配 置 的 偏 置 电 路 形 式 。 R2、 R3 的 取 值 考虑 电 流 不 小 于 0.1mA 即 可 。电 路 中 C1、 C3 为 耦 合 电 容 ，
16、 电 容 C4、 C5 和 R6 构 成 退 耦 电 路 防 止 其 他 电 路 通 过 电 源 对 放 大器 产 生 影 响 。 100 F 电 容 并 联 一 个 0.1 F 小 电 容 是 为 了 提 高 对 高 频 噪 声 或 脉 冲 干 扰 的 抑 制 作 用 。C Td=1.1RC=1.1*10uF*20k 欧 =2s Uo 与 Ui 相反75、所用元器件清单6 安装调试遇到的困难8、参考文献1、 模拟电子技术基础实验与课程设计 李万臣等编著2、 实验单元电路及其应用 黄继昌等编著3、 新型实用电路制作 200 例 杨邦文编著4、 OP 放大器电路及其应用杨家树主编5、 数字电路应用设计关静主编6、 电子工程实践技术付家才主编7、 NE567 数据手册8cd40110 数据手册9数电 模电 教科书8、施良驹 集成电路锦集 北京 电子工业出版社 19889 郭陪源 电子电路及电子器件 北京 高等教育出版社 200010 何希才 常用集成电路简明速查手册 北京 国防工业出版社 200611 陈振源 电子技术基础 北京 华中科技大学出版社 200012 余孟尝 数字电子计数基础简明教程 高等教育出版社89、课设小结
