傳感技術課程設計--紅外對管位置傳感器

1、<p>　傳感技術課程設計報告</p><p>　設計課題:紅外對管位置傳感器 </p><p>　姓 名:</p><p>　學 院:物 電 學 院 </p><p>　專 業(yè):</p><p>　班 級:</p><p

2、>　學 號:</p><p>　日 期2011年 3月7日—2011年5月11日 </p><p>　指導教師:</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1．設計的任務與要求…………………………………………………………………1</p><p>　　2.方案

3、論證與選擇……………………………………………………………………1</p><p>　　2.1 紅外對管位置傳感器的系統(tǒng)設計…………………………………………1</p><p>　　2.1.1方案一…………………………………………………………………1</p><p>　　2.1.2方案二…………………………………………………………………1</p><

4、p>　　2.2 紅外發(fā)射部分………………………………………………………………2</p><p>　　2.2.1方案一…………………………………………………………………2</p><p>　　2.2.2方案二………………………………………………………………2</p><p>　　2.3 紅外接收部分…………………………………………………………………2</p

5、><p>　　2.3.1方案一…………………………………………………………………2</p><p>　　2.3.2方案二…………………………………………………………………2</p><p>　　3.系統(tǒng)電路總圖及原理……………………………………………………………2</p><p>　　3.1 紅外發(fā)射電路的設計………………………………………………

6、………2</p><p>　　3.2 紅外接收電路的設計………………………………………………………3</p><p>　　3.3電源電路電路的設計…………………………………………………………4</p><p>　　3.4主要元器件的選擇…………………………………………………………4</p><p>　　4.單元電路的設計與元器件的選擇…………

7、……………………………………5</p><p>　　5.經驗體會…………………………………………………………………………5</p><p>　　參考文獻……………………………………………………………………………5</p><p>　　附錄A：系統(tǒng)電路原理圖……………………………………………………………6</p><p>　　附錄B：元器件清單

8、…………………………………………………………………7</p><p><b>　　紅外對管位置傳感器</b></p><p>　　1. 設計的任務與要求</p><p>　　用紅外對管作發(fā)射和接受器件，配套檢測電路，制作一個能檢測物體距離的裝置，在設定的距離里，檢測物體的存在，同時輸出高（低）電平信號，要求檢測距離為5～50厘米可調，且能消除環(huán)

9、境光線的干擾，同時輸出信號有一定的驅動負載能力，可以點亮LED并保持電平基本不變。</p><p><b>　　1.1設計指標 </b></p><p>　　1. 檢測距離為5～50厘米可調，且能消除環(huán)境光線的干擾；</p><p>　　2. 輸出信號有一定的驅動負載能力，可以點亮LED并保持電平基本不變；</p><p&g

10、t;<b>　　1.2 設計要求</b></p><p>　　1. 畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；</p><p>　　2. 元器件及參數選擇；</p><p>　　3. 編寫設計報告 寫出設計的全過程，附上有關資料和圖紙，有心得體會。</p><p>　　2. 方案論證與選擇</p><p>

11、;　　2.1 紅外對管位置傳感器的系統(tǒng)設計</p><p><b>　　2.1.1方案一</b></p><p>　　紅外對管位置傳感器主要由震蕩電路、紅外發(fā)射電路、紅外接收電路、放大電路，音頻譯碼電路和驅動電路組成。其系統(tǒng)框圖。</p><p>　　圖1 位置傳感器系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　2.1

12、.2方案一</b></p><p>　　紅外發(fā)射/接收控制電路均采用單片機來實現。輸出控制方式可選擇，實用性強。</p><p>　　紅外發(fā)射部分結構圖如下圖2所示</p><p>　　圖2紅外發(fā)射部分結構圖</p><p>　　當按下遙控按鈕時，單片機產生相應的控制脈沖，有紅外發(fā)光二極管發(fā)射出去。</p><

13、p>　　紅外接收部分結構圖如下圖3所示：</p><p>　　圖3紅外接收部分結構圖</p><p>　　當紅外接收器接收到控制脈沖后，、由控制方式選擇開關是選擇“互鎖”還是單路控制，再由單片機處理后，對相應的受控電器產生控制。</p><p>　　將上述兩種方案進行比較，方案二雖然功能較多，但其設計采用了單片機，使設計變得復雜化了且成本較高。方案一電路比較簡

14、單，而且實現也比較簡單。</p><p>　　2.2 紅外發(fā)射部分</p><p><b>　　2.2.1方案一</b></p><p>　　由于紅外對管的發(fā)射管發(fā)出的紅外波長的范圍很寬，可能會有環(huán)境光線的干擾，所以這里采用CD4011組成振蕩電路，其振蕩頻率調整在38~40KHz，經VT1驅動，紅外發(fā)射管發(fā)出38~40KHz紅外光，以消除環(huán)境

15、光線的干擾。</p><p><b>　　2.2.2方案二</b></p><p>　　選用HG-111F型紅外發(fā)射專用芯片組成發(fā)射電路，其電路主要器件是HG-111F，外圍元件很少。其工作頻率為38KHz，電路頻率可由其內部電阻進行微調，一般的只要電阻值誤差在5%以內，就不需要調整，通電即工作。電源可采用5V電池，工作性能很穩(wěn)定。</p><p&

16、gt;　　將上述兩種方案進行比較，方案二雖然性能很穩(wěn)定，但其設計成本較高，而且是專用電路，選用設計方案一就可以實現電路的功能。</p><p>　　2.3 紅外接收部分</p><p><b>　　2.3.1方案一</b></p><p>　　紅外對管的接收管接收到信號，采用LM35組成的放大電路對接收的信號進行放大，放大后的信號加到LM567

17、。LM567是單片音頻解碼器集成電路，包含一個穩(wěn)定的鎖相環(huán)路和一個晶體管開關，它通過外部元件的組合，自身可產生十分穩(wěn)定的音頻振蕩信號，且頻率可由外接元件來控制，LM567的5、6腳分別為外接定時電阻和定時電容端，組成RC定時電路。</p><p><b>　　2.3.2方案二</b></p><p>　　采用GX9149紅外接收專用電路，其芯片內部集成了復位電路、振蕩

18、電路、接收信號的校驗。紅外對管的接收管接收到信號，接收到的信號與其內部的振蕩頻率相同時將會輸出控制信號，控制受控電路。</p><p>　　將上述兩種方案進行比較，方案二采用了專用電路設計成本較高，方案一器件比較容易實現，所用器件都是常見的器件。</p><p>　　3. 單元電路的設計與元器件選擇 </p><p>　　3.1 紅外發(fā)射電路的設計</p&g

19、t;<p>　　由CD4011四與非門輸入、三極管VT1和紅外發(fā)射管構成發(fā)射電路，其中G1、G2構成振蕩電路，調整VR1可改變振蕩頻率，這里把頻率調到38KHz；G3、G4構成推動電路，調整VR1可以改變流過發(fā)射管電流的大小從而改變紅外發(fā)射的強度，由此可以調整發(fā)射與接收之間的距離。電路如圖4。</p><p><b>　　圖4 發(fā)射電路</b></p><p

20、>　　3.2 紅外接收電路的設計</p><p>　　由LM358、LM567、紅外接收管組成，運放LM35對接收的信號進行放大，放大后的信號加到LM567。LM567是單片音頻解碼器集成電路，包含一個穩(wěn)定的鎖相環(huán)路和一個晶體管開關，它通過外部元件的組合，自身可產生十分穩(wěn)定的音頻振蕩信號，且頻率可由外接元件來控制，LM567的5、6腳分別為外接定時電阻和定時電容端，組成RC定時電路。</p>

21、<p>　　音頻譯碼器的音頻振蕩頻率可由下式得到。f=1/[1.1(RC)]。其中f為振蕩頻率，單位Hz，電阻單位Ω；電容單位F。</p><p>　　當沒有接收到發(fā)射信號時，LM567輸入端沒有頻率f的信號輸入，輸出端8腳呈高電平狀態(tài)，VT2飽和導通，繼電器J吸合。當接收到發(fā)射信號時，LM567的輸入端3腳送入頻率f的信號，LM567譯碼器的8腳輸出低電平，VT2截止，繼電器J釋放。如果LM567輸入

22、的信號頻率不為f，譯碼器將不執(zhí)行指令動作，這樣就大大的提高抗干擾能力。電路如圖9。</p><p><b>　　圖5 接收電路</b></p><p>　　3.3電源電路的設計</p><p>　　電源電路有橋式整流、濾波電容、7805穩(wěn)壓器及電源指示燈組成。利用二極管的單向導電性交流電經橋式整流成直流電，在經過大小電容濾波，7805集成穩(wěn)壓器

23、成為穩(wěn)定的+5V電源，用一個發(fā)光二級管指示燈指示電源狀態(tài)。電路如圖6所示。</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　圖6 電源電路</b></p><p>　　3.4主要元器件的選擇</p><p><b>　　1．紅外對管1個；</b></p

24、><p>　　2．CD4011集成塊1塊；</p><p>　　3．LM567一塊；</p><p>　　4．LM358一塊；</p><p>　　5．3DG2500和9013三極管和4007二極管各1個；</p><p><b>　　6．7805一塊；</b></p><p>

25、;　　7．橋式整流橋一塊；</p><p>　　4. 系統(tǒng)電路總圖及原理</p><p>　　將設計的發(fā)射和接收部分的電路進行級聯，紅外對管位置傳感器電路原理圖見附錄A。</p><p>　　調試方法：如果發(fā)射部分工作，而接收部分不能正常正確譯碼，則要調整發(fā)射與接收的頻率是兩者一致，通常頻率調到38KHz。有兩種調試的方法：</p><p>

26、　?。?）固定接收調發(fā)射：調節(jié)定時電阻VR1的阻值，使發(fā)射部分的振蕩頻率與LM567的振蕩頻率一致，這時的標志是：LM567譯碼器的8腳輸出由高電平翻轉到低電平。</p><p>　?。?）固定發(fā)射調接收：調整R4改變LM567的振蕩頻率，來對準發(fā)射部分頻率。由于LM567振蕩頻率（中心頻率）要求精度很高，在調節(jié)R4阻值時，電阻每旋轉一周，電阻值僅變化幾十歐姆，精度較高。如果手中沒有此類電阻，可用普通微調電阻代替

27、，但調整時要仔細，可以通過繼電器的動作情況，掌握調試結果。</p><p><b>　　5．經驗體會</b></p><p><b>　　5.1.安裝與調試</b></p><p>　　調試前不加電源的檢查，對照電路圖和實際線路檢查連線是否正確嗎，包括錯接、少接、多接等；用萬用表電阻檔檢查焊接和接插是否良好；元器件引腳之間

28、有無短路，連接處有無接觸不良、二極管、三極管、集成電路和電解電容的極性是否正確；電源供電包括極性、信號源線是否正確；電源端對地是否存在短路（用萬用表測量電阻）。若電路經過上述檢查，確認無誤后，可轉入檢測與調試。在電路的輸入端加上所需要的信號源，并循著信號逐級檢測各有關點的波形、參數和性能指標是否滿足設計，如有必要，要對電路參數作進一步調整。</p><p><b>　　5.2.設計體會</b>

29、;</p><p>　　這次課程設計，我選擇了實做的題目，這不僅是對我的一種鍛煉，也是對我大學三年所學知識的綜合考查。從開始設計到設計的完成，我感覺收獲很多，不僅在理論有很大的升華，而且還在實踐中鍛煉了自己，使自己成長了許多。</p><p>　　整個設計是曲折的，硬件設計上，由于以前所學課程有一定的基礎，我們多方面查閱資料，不斷的向老師，同學請教，以確保設計的電路系統(tǒng)完整，并能實現最完美

30、的系統(tǒng)功能，經過將近一個月的學習，我們設計出了各個部分的電路，并實現了電路圖的組合。經過測試與修改，最終完善了硬件電路的設計，實現了紅外的發(fā)射與接收功能，而且還具有很強的抗干擾能力。</p><p>　　總的來說，由于我們在理論和實踐方面存在一定的不足，所以在設計思路和實現功能上難免有不足之處，但我們最后的設計完成了題目的要求。</p><p><b>　　參考文獻：</b

31、></p><p>　　[1] 沈陽單片機開發(fā)網. </p><p>　　[2] 劉征宇.大學生電子設計競賽指南 [M].福建:福建科學技術出版社，2009.</p><p>　　[3] 馬西秦.自動檢測技術[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2008.</p><p>　　[4] 常健生. 檢測與轉換技術[M]. 北京: 機械工業(yè)