電子課程設(shè)計--方向識別器

1、<p><b>　　電子課程設(shè)計</b></p><p>　　題 目： 方向識別器 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　學(xué) 院： 物理與機(jī)電工程學(xué)院</p><p>　　專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計及其

2、自動化</p><p><b>　　年 級： </b></p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　設(shè)計要求........................................................

3、.............................1</p><p>　　設(shè)計的作用和目的.....................................................................1</p><p>　　方案設(shè)計和仿真...........................................................

4、..............2</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計方案.............................................................................9</p><p>　　元器件清單......................................................................

5、...........14</p><p>　　PCB板........................................................................................14</p><p>　　硬件的制作和調(diào)試...........................................................

6、..........15</p><p>　　總結(jié)和體會.................................................................................15</p><p>　　成品展示......................................................................

7、...............16</p><p>　　參考文獻(xiàn).....................................................................................17</p><p><b>　　方向識別器設(shè)計報告</b></p><p><b>　　一.設(shè)計要求

8、</b></p><p>　　設(shè)計并制作一光電識別計數(shù)器，用于識別、計算通過管道物品的數(shù)目。</p><p><b>　　基本要求：</b></p><p>　　1．識別物品通過管道的方向：進(jìn)、出；</p><p>　　2．對進(jìn)出管道的物品進(jìn)行計件。物品進(jìn)入管道，識別器計數(shù)總數(shù)目增加，物品離開管道，識別器計數(shù)

9、總數(shù)目減?。?lt;/p><p>　　3．至少一位數(shù)碼管顯示</p><p>　　注：完成要求1與3或2與3為達(dá)到基本要求</p><p><b>　　設(shè)計的作用和目的。</b></p><p>　　通過這樣的一個裝備實現(xiàn)對流水線的物體的數(shù)量做統(tǒng)計，實現(xiàn)智能控制，提高生產(chǎn)效率和降低人工成本，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和利潤的最大化。除了可以

10、應(yīng)用于流水線上產(chǎn)品數(shù)量的測量，還可以廣泛應(yīng)用于測量停車場、賓館、飯店、商場、超市、博物館、展覽觀、車站、碼頭、銀行等場所的人員或物品的數(shù)量及流通數(shù)量。</p><p>　　通過這個設(shè)計過程，學(xué)習(xí)新的知識，熟悉軟件的使用，增加團(tuán)隊的合作，掌握電路設(shè)計的思維和方法。最主要的是學(xué)習(xí)研究過程的嚴(yán)謹(jǐn)精神，同時整合自己學(xué)習(xí)的知識。</p><p><b>　　方案設(shè)計和仿真 </b&g

11、t;</p><p><b>　?。合到y(tǒng)概述</b></p><p>　　利用物體通過時，遮擋住光源，然后利用光敏傳感器實現(xiàn)光電的轉(zhuǎn)化，然后通過放大和穩(wěn)壓電路，獲得計數(shù)的脈沖信號。通過計數(shù)器實現(xiàn)統(tǒng)計數(shù)量的加減然后通過顯示電路顯示在數(shù)碼管上，完成對通過管道數(shù)據(jù)的統(tǒng)計。</p><p><b>　　原理框圖如下：</b><

12、;/p><p>　?。ǘ簡卧娐吩O(shè)計與分析</p><p><b>　　電源部分。</b></p><p>　　電路設(shè)計中用到了計數(shù)器、譯碼器等COMS器件，其工作電壓為DC 5V，故需設(shè)計電源模塊，將市電轉(zhuǎn)換成可用電壓。</p><p>　　一般直流穩(wěn)壓電源主要由變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路組成：</p&

13、gt;<p>　　變壓器——由于7805的輸入電壓范圍是7V-15V,采用220V/9V小型變壓器，則7805的輸入電壓范圍是9×1.2=11V，滿足7805輸入電壓要求。</p><p>　　整流橋——采用2W10/2A橋。</p><p>　　濾波電路——濾波器電容的選擇主要看電流，也就是要看RL負(fù)載的大小,根據(jù)經(jīng)驗，用耐壓至少10V/ 100uF-1000uF

14、的電解電容濾波。</p><p>　　穩(wěn)壓電路——采用7805穩(wěn)壓電路，參照7805的應(yīng)用電路圖，選擇CI=0.33uF,Co=0.1uF</p><p><b>　　電路圖如下：</b></p><p>　　2.光電發(fā)射接收電路：</p><p>　　開始時打算使用做光敏電阻作為測量的感應(yīng)器，但是光敏電阻受溫度的影響很

15、大，再者響應(yīng)速度不快，在ms到s之間，延遲時間受入射光的光照度影響 。而光敏二極管的反應(yīng)速度在ns之內(nèi)，所以反應(yīng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光敏傳感器。所以決定用光敏傳感器。</p><p>　　因為在Multisim 中沒有光敏二極管，所以用圖中R2代替來仿真。因為在無光照時，電路斷開，所以用大電阻表示，常態(tài)為100%的狀態(tài)。</p><p><b>　　因為</b></p&

16、gt;<p>　　所以根據(jù)圖可以知道，發(fā)光二極管的正向電壓為2.4V，正向電流為Imax1=20mA</p><p><b>　　又因為</b></p><p>　　所以根據(jù)圖可以知道，選擇2DUA系類：Umax=3V,Imax2=IL=6μ綜上：選擇V1=2.4v ，所以R3=V1/Imax1=2.4/20*1000=120 Ω</p>

17、<p>　　因為忽略了二極管的壓降，所以直接使用 R3=120Ω 。</p><p>　　所以 R1=V1/Imax12=2.4/6*1000000=400 K</p><p><b>　　仿真結(jié)果：</b></p><p>　　圖中明確的可以看出，在變位器（光敏電阻無光）阻值變小時，可以產(chǎn)生穩(wěn)定的方波。</p><

18、;p><b>　　3.信號處理電路</b></p><p>　　因為光敏二極管的電阻和光強(qiáng)的關(guān)系，所以產(chǎn)生的方波信號的幅值是不一樣的且相對較小的，所以在信號處理的過程中，需要考慮到信號防干擾和信號的穩(wěn)壓。</p><p><b>　　設(shè)計的電路圖如下：</b></p><p>　　當(dāng)Ui<0時，UO=UOH=U

19、Z；</p><p>　　當(dāng)Ui>0時，UO=UOL=-UZ。</p><p>　　因為 考慮到微小的光強(qiáng)變化和電路的噪音信號影響產(chǎn)生的信號脈動，所以在微小的信號變動不當(dāng)做檢測物體的信號變化，所以選擇比較信號 V1=0.4v。根據(jù)穩(wěn)壓二極管的參數(shù)：</p><p>　　因為我們需要的穩(wěn)定電壓為 5v 所以選擇 1N5993 ；</p><p

20、>　　又因為 Imax=83 mA 所以 選擇R4=500KΩ</p><p><b>　　仿真：</b></p><p>　　利用輸入三角函數(shù)信號，在示波器上顯示，是否出現(xiàn)穩(wěn)定的方波信號。如果出現(xiàn)則是可以實現(xiàn)穩(wěn)壓和除雜的作用。</p><p><b>　　仿真結(jié)果圖:</b></p><p>

21、;<b>　　：</b></p><p>　　結(jié)果分析：產(chǎn)生的穩(wěn)定電壓為 3.98V ，而且能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的方波圖，所以這個放大穩(wěn)定電路圖還是可以處理好檢測物體時候產(chǎn)生的檢測信號。</p><p><b>　　4.計數(shù)和顯示電路</b></p><p>　　通過74LS192十進(jìn)制可逆計數(shù)器，把進(jìn)入管道的信號作為計數(shù)加法端的

22、信號，管道輸出端的信號作為減法端的信號，然后把得到的數(shù)值結(jié)果輸送到74LS48 四線七段譯碼器中進(jìn)行譯碼，再把信號發(fā)送到共陰極七段數(shù)碼管中，把數(shù)值顯示出來。然后通過數(shù)碼管和計數(shù)器的級聯(lián)，實現(xiàn)多位數(shù)的計數(shù)和顯示。</p><p>　　計數(shù)器的種類有很多，同時既有加法計數(shù)和減法計數(shù)的計數(shù)器也有74LS192、CC40192、74LS168等。所以我選擇74LS192。</p><p>　　因為

23、74LS192不僅僅可以實現(xiàn)加法，減法和可逆計算，同時還能存儲數(shù)據(jù)。輸出的為四位的二進(jìn)制代碼可以和很多譯碼器連接組成計算顯示系統(tǒng)。</p><p><b>　　電路圖：</b></p><p>　　74LS192的功能表：</p><p>　　其中為了把十六進(jìn)制作為十進(jìn)制的計數(shù)器使用，使用了置零法進(jìn)行變化，轉(zhuǎn)化的電路圖如下：</p>

24、<p>　　為了實現(xiàn)十位的計數(shù)，把個位計數(shù)器的B0和C0端分別接入到十位計數(shù)器的UP和DOWN 的信號端。因為當(dāng)信號溢出時，BO端會產(chǎn)生一個方波信號的上升沿，當(dāng)信反向溢出時，（當(dāng)為零時，DOWN 端產(chǎn)生上升沿），CO產(chǎn)生信號上升沿。</p><p><b>　　仿真：</b></p><p>　　為了仿真的簡便，我只使用了一位數(shù)碼管，然后其他的可以通過級

25、聯(lián)即可達(dá)到多位數(shù)的計數(shù)和顯示。這樣不僅僅可以簡化仿真過程，還能提高仿真的效率。這樣可以把每一位的顯示封裝，適合大量的生產(chǎn)和加工?？梢越o消費(fèi)者得到使用的方便和位數(shù)選擇自由。</p><p>　　利用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生的方波作為信號源，在方波的作用下，顯示的數(shù)字會逐漸的變化。所以這個計數(shù)顯示電路是可以實現(xiàn)功能的。</p><p><b>　　5.整體電路與調(diào)試</b>&l

26、t;/p><p><b>　　電路圖：</b></p><p>　　組合成標(biāo)準(zhǔn)電路圖后，通過改變電位器的阻值，可以實現(xiàn)數(shù)字的加減法計算，對于光強(qiáng)的變化不可能影響光敏電阻的變化那么明顯或者一致性，但是理論是還是可以完成這個目的的。</p><p><b>　　標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計方案</b></p><p><

27、b>　　電路圖如下：</b></p><p>　　電路包括光電發(fā)射接收電路、反相短路、信號互鎖電路、計數(shù)/譯碼/顯示電路和輔助電源電路五部分。</p><p><b>　　原理方框圖</b></p><p><b>　　各個模塊的電路</b></p><p><b>　　

28、.光電發(fā)射接收電路</b></p><p><b>　　電路圖如下：</b></p><p>　　該部分電路采用ST168作為核心器件，當(dāng)有工件經(jīng)過ST168時，便會產(chǎn)生脈沖。</p><p>　　沒有物體經(jīng)過時，ST168內(nèi)部為通路，輸出為高電平。有物體經(jīng)過時，輸出為低電平。</p><p>　　（b).信

29、號處理電路</p><p><b>　　電路圖如下：</b></p><p><b>　　4069 反相器</b></p><p>　　4069芯片對信號進(jìn)行反相，以便有物體經(jīng)過ST168時，輸入到74LS74的是高電平。</p><p><b>　　互鎖電路</b></

30、p><p>　　下面是互鎖電路的引腳說明，通過觸發(fā)信號和控制信號的不同，達(dá)到互鎖的作用。即Y1和Y2分別接D1的 CK1和CLR1。</p><p>　　（c）.計數(shù).譯碼.顯示電路</p><p>　　通過互鎖電路的信號，加在40110的加減信號端口上，在40110上進(jìn)行加減然后譯碼輸出，在數(shù)碼管上顯示出來。 </p><p><b&g

31、t;　　元器件清單。</b></p><p><b>　　元器件清單</b></p><p><b>　　PCB板</b></p><p>　　在畫PCB連接時，開始使用自動布局和布線。亂成一團(tuán)。后來通過自己一個元件一個元件的添加，然后自己手動布線，得到以上的布線圖。但是截圖有點小，可能比較模糊。在布線的過程中

32、，應(yīng)該盡量的合理安排布局，減少甚至不出現(xiàn)跳線。</p><p><b>　　硬件的制作和調(diào)試。</b></p><p>　　1. 接上電源后，LED 和數(shù)碼管都不亮，所以判斷為輔助電源出現(xiàn)問題，檢查發(fā)現(xiàn)，接地端沒有接的嚴(yán)密導(dǎo)致不導(dǎo)電，重新焊接好后，LED亮。</p><p>　　2.之后無論如何調(diào)試數(shù)碼管都不亮，檢查之后發(fā)現(xiàn)共陰極數(shù)碼管，老師錯

33、發(fā)了共陽極數(shù)碼管，找老師更換，被拒絕，自己去電子城購買共陰極數(shù)碼管之后，數(shù)碼管可以顯示。</p><p>　　3.調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管的G 始終不亮，檢查電路發(fā)現(xiàn)無誤。利用萬用表測量，發(fā)現(xiàn)電阻始終為無窮大，所以確定為該段擊穿，但是沒有多余的元件 ，所以不更換，答辯過程和老師說明。</p><p>　　減法計數(shù)功能無法實現(xiàn)，所以檢查st168 ，發(fā)現(xiàn)該零件損壞，更換之后功能正常。</

34、p><p>　　數(shù)碼管顯示不穩(wěn)定，用萬用表檢測每一條通路，發(fā)現(xiàn)有2個接觸不良，重新焊接后，問題解決。</p><p><b>　　總結(jié)和體會</b></p><p><b>　　電路設(shè)計和仿真過程</b></p><p>　　通過該過程，自己是圖書館查詢資料和網(wǎng)上查找，學(xué)到了不少知識，而且通過MULTI

35、SIM仿真，熟悉了該軟件的應(yīng)用。而且知道了設(shè)計電路是應(yīng)該具備的細(xì)心和完全的考慮。不能太過理想。雖然結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)的差別很大，但是收獲還是很大。</p><p>　　2.畫pcb板的過程。</p><p>　　熟悉了 protel畫原理圖和制作PCB 的功能。同時知道了如何自己封裝電子元件。在自動布線和布局是會很混亂的，所以應(yīng)該耐心的更改位置，達(dá)到盡量美觀和少用跳線。</p>&l

36、t;p><b>　　焊接過程。</b></p><p>　　這一階段尤其要注意電子元件的極性，在連接電路的時候應(yīng)該盡量的美觀而且不能使靠近的線相互觸碰。還有芯片的引腳連接要該注意引腳的編號和對應(yīng)的連接。還有如數(shù)碼管等 容易燒壞的元件應(yīng)該盡量減少焊接的時間。最后如果焊接錯誤，應(yīng)該小心去除焊錫，不能使銅片掉了，否則基本上很難連上。遇到這種情況，我是在該孔添加一小段的連接線，效果還是不錯的。

37、 </p><p>　　總而言之，電子設(shè)計沒想象中那么容易，不僅僅是因為它綜合了很多的知識和技能的使用。更是對我們學(xué)生考試心態(tài)到科學(xué)設(shè)計的跨越過程的一個挑戰(zhàn)?？茖W(xué)設(shè)計沒有60分，只有100分和0分，所以必須每一步，每一個過程都要求嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男膽B(tài)。</p><p><b>　　成品展示。</b></p><p><b>　　電路板的正面：&

38、lt;/b></p><p><b>　　電路板的背面：</b></p><p>　　這個在調(diào)試過程中可以實現(xiàn)我們需要的功能，但是反應(yīng)還是不夠靈敏。而且唯一的缺憾是，一開始的時候很多次都是出現(xiàn)“9”，而不是“0”.</p><p><b>　　十.參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】李