課程設計--傳感器物體檢測電路設計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　1.課程設計任務書2</p><p><b>　　2.電路原理圖4</b></p><p><b>　　3.設計思路4</b></p><p><b>　　4.元件清單6</b><

2、;/p><p>　　5.主要元件介紹7</p><p>　　5.1 超聲波傳感器7</p><p>　　5.2 NE5557</p><p>　　5.3 LM3939</p><p>　　5.4 LM2907芯片10</p><p><b>　　6.電路調試12</b&g

3、t;</p><p>　　6.1電路調試結果（實物）12</p><p>　　6.2 電路調試電壓及波形13</p><p><b>　　7.個人體會15</b></p><p><b>　　8.參考文獻16</b></p><p><b>　　1.課程設計

4、任務書</b></p><p>　　《傳感器原理與檢測技術》課程設計任務書</p><p>　　題目：物體檢測電路的制作</p><p><b>　　一、課程設計任務</b></p><p>　　超聲波傳感器是利用超聲波作為信息傳遞媒介的傳感器，本課題是利用超聲波傳感器來檢測物體的存在。電路由三部分組成：以5

5、55振蕩電路作為超聲波傳感器的驅動電路，以LM393芯片作為超聲波傳感器的接受電路,以LM2907N芯片把傳感器接受到的頻率信號轉化成電壓信號并是發(fā)光二極管發(fā)光。</p><p><b>　　二、課程設計目的</b></p><p>　　通過本次課程設計使學生掌握：1）了解超聲波傳感器的結構和工作原理；2）利用超聲波傳感器監(jiān)測物體的存在；3）掌握電子電路實際調試技巧。

6、從而提高學生系統(tǒng)的設計和調試能力。</p><p><b>　　三、課程設計要求</b></p><p>　　1、當有物體存在時，發(fā)光二極管熄滅；</p><p>　　2、當沒有物體存在時，發(fā)光二極管發(fā)光。</p><p><b>　　四、課程設計內容</b></p><p>

7、;　　1、發(fā)射電路、接受電路、轉化電路的設計；</p><p><b>　　2、電路的調試；</b></p><p>　　3、電路原理圖中元件清單。</p><p>　　五、課程設計報告要求</p><p>　　報告中提供如下內容：</p><p><b>　　1、目錄</b>

8、;</p><p><b>　　2、正文</b></p><p>　　（1）課程設計任務書；</p><p>　?。?）總體設計方案；</p><p>　　（3）原理圖（可手畫也可用protel軟件）；</p><p>　　（4）調試、運行及其結果；</p><p><

9、;b>　　3、收獲、體會</b></p><p><b>　　4、參考文獻</b></p><p>　　六、課程設計進度安排</p><p>　　七、課程設計考核辦法</p><p>　　本課程設計滿分為100分，從課程設計平時表現(xiàn)、課程設計報告及課程設計答辯三個方面進行評分，其所占比例分別為20%、4

10、0%、40%。</p><p><b>　　2.電路原理圖</b></p><p>　　圖一 超聲波傳感器物體檢測電路</p><p><b>　　3.設計思路</b></p><p>　　圖一所示的是使用直接檢測方式檢測物體的電路。</p><p>　　⑴ 用NE55作為發(fā)

11、射用超聲波傳感器的驅動電路</p><p>　?、?用LM393制作接收電路 </p><p>　?、?用LM2907進行信號處理</p><p>　　LM393的輸出端連接在了轉速計用的集成電路LM2907N上。由于在LM2907N的內部有F-V（頻率-電壓）轉換電路和比較器電路，所以就變成了頻率輸入。這么一來，LM393的矩形波輸出

12、就變得非常方便了。</p><p>　　圖五所示是LM2907N的內部電路，表是它的電學特性。在LM393的輸出電壓為“L”電平時，LM2907N的輸入就不足。這時，在LM2907N的第11號引腳Vin-上就只有約為0.6V的二極管正向電壓降作為偏執(zhí)電壓，這正好與LM393的電壓振幅相吻合。</p><p>　　LM2907N的F-V（頻率-電壓）轉換電壓Vout為</p>

13、<p>　　Vout=Vcc*fin*C4R1</p><p>　　該電壓與集成電路LM2907N內部的電壓比較器進行比較后輸出。在圖一所示的電路參數(shù)的情況下，當Fin=40KHz時，輸出滿刻度電壓(12V)。那么，如果在比較器的第10號腳OP-輸入比較電壓Vcc/2=6V，在20KHz以上時，比較器就會導通，發(fā)光二極管發(fā)光。也就是說，通常在沒有物體遮擋超聲波的情況下，接收用的超聲波傳感器MA40A3R

14、中會有40KHz的頻率輸入。</p><p><b>　　4.元件清單</b></p><p><b>　　5.主要元件介紹</b></p><p>　　5.1 超聲波傳感器</p><p>　　超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的

15、激勵下發(fā)生振動產生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波對液體、固體的穿透本領很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質或分界面會產生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產生多普勒效應。因此超聲波檢測廣泛應用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學等方面。 </p><p>　　以超聲波作為檢測手段，必須產生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是

16、超聲波傳感器，習慣上稱為超聲換能器，或者超聲探頭。 </p><p>　　超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。小功率超聲探頭多作探測作用。它有許多不同的結構，可分直探頭（縱波）、斜探頭（橫波）、表面波探頭（表面波）、蘭姆波探頭（蘭姆波）、雙探頭（一個探頭反射、一個探頭接收）等。</p><p><b>　　圖二 超聲波傳感器</b>&l

17、t;/p><p><b>　　5.2 NE555</b></p><p>　　NE555是屬于555系列的計時IC的其中的一種型號，555系列IC的接腳功能及運用都是相容的，只是型號不同的因其價格不同其穩(wěn)定度、省電、可產生的振蕩頻率也不大相同；而555是一個用途很廣且相當普遍的計時IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈波訊號。 </p&g

18、t;<p>　　a. NE555的特點有： </p><p>　?。?）只需簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時作用。其延時范圍極廣，可由幾微秒至幾小時之久。 </p><p>　　（2）它的操作電源范圍極大，可與TTL，CMOS等邏輯閘配合，也就是它的輸出準位及輸入觸發(fā)準位，均能與這些邏輯系列的高、低態(tài)組合。 </p><p>　?。?）其輸

19、出端的供給電流大，可直接推動多種自動控制的負載。 </p><p>　　（4）它的計時精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價格便宜。 </p><p>　　b.NE555引腳位配置說明如下： </p><p>　　NE555接腳圖： </p><p>　　圖三NE555的結構圖</p><p>　　Pin 1 (接地)——地線

20、(或共同接地) ，通常被連接到電路共同接地。 </p><p>　　Pin 2 (觸發(fā)點)——這個腳位是觸發(fā)NE555使其啟動它的時間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于2/3 VCC，下緣須低于1/3 VCC 。 </p><p>　　Pin 3 (輸出)——當時間周期開始555的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結束輸出回到O伏左右的低電位。于高電位時的最大輸出電流大約20

21、0 mA 。 </p><p>　　Pin 4 (重置)——一個低邏輯電位送至這個腳位時會重置定時器和使輸出回到一個低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。 </p><p>　　Pin 5 (控制)——這個接腳準許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當計數(shù)器經(jīng)營在穩(wěn)定或振蕩的運作方式下,這輸入能用來改變或調整輸出頻率。 </p><p>　　Pin 6 (重置鎖定)——P

22、in 6重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當這個接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC以上時啟動這個動作。 </p><p>　　Pin 7 (放電)——這個接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當輸出為ON時為LOW，對地為低阻抗，當輸出為OFF時為HIGH，對地為高阻抗。 </p><p>　　Pin 8 (V +)——這是555個計時器IC的正電源電壓端。供應電壓的范圍是+4

23、.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。 </p><p><b>　　參數(shù)功能特性： </b></p><p>　　(1)供應電壓4.5-18V </p><p>　　(2)供應電流3-6mA </p><p>　　(3)輸出電流225mA(max) </p><p>　　(4)上升/下降時間

24、100ns </p><p>　　c.NE555的相關應用: </p><p>　　NE555的作用范圍很廣，但一般多應用于單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器（Monostable Mutlivibrator）及無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器(Astable Multivibrator)。</p><p><b>　　5.3 LM393</b></p><

25、p>　　LM393 是雙電壓比較器集成電路。 </p><p>　　比較器數(shù):2 ；工作溫度范圍:0°C to +70°C； </p><p>　　工作電源電壓范圍寬，單電源、雙電源均可工作，單電源： 2～36V，雙電源：±1～±18V； </p><p>　　消耗電流小:ICC=0.8mA； </p>&

26、lt;p>　　輸入失調電壓小:VIO=±2mV； </p><p>　　共模輸入電壓范圍寬:VIC=0～VCC-1.5V； </p><p>　　輸出與TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容； </p><p>　　輸出可以用開路集電極連接“或”門； </p><p>　　采用雙列直插8 腳塑料封裝（DIP8）和微形的雙列8

27、 腳塑料封裝（SOP8）。 </p><p>　　(a)LM393芯片 (b)LM393的內部結構</p><p>　　圖四 LM393芯片及內部結構</p><p>　　5.4 LM2907芯片</p><p>　　LM2907為集成式頻率／電壓轉換器，芯片中包含了比較器、充電泵、高增益運算放大器，能將

28、頻率信號轉換為直流電壓信號。LM2917與LM2907基本相同，區(qū)別是：LM2917內部有一只穩(wěn)壓管，用于提高電源的穩(wěn)定性。</p><p>　　LM2917進行頻率倍增時只需使用一個RC網(wǎng)絡；以地為參考點的轉速計（頻率）輸入可直接從輸入管腳接入；運算放大器／比較器采用浮動三極管輸出；最大50mA的輸出電流可驅動開關管、發(fā)光二極管等；內含的轉速計使用充電泵技術，對低紋波有頻率倍增功能；比較器的滯后電壓為30mV利

29、用這個特性可以抑制外界干擾；輸出電壓與輸入頻率成正比，線性度典型值為±0.3%；具有保護電路，不會受高于Vcc值或低于地參考點輸入信號的損傷；在零頻率輸入時，LM2907的輸出電壓可根據(jù)外圍電路自行調節(jié)；當輸入頻率達到或超過某一給定值時，可將輸出用于驅動繼電器、指示燈等負載。LM2907的主要電性能參數(shù)如表一所列。</p><p>　　圖五 LM2907N的原理框圖</p><p&g

30、t;　　表一  LM2907的主要電性能參數(shù)（Vcc=12VDC,TA=25）</p><p><b>　　6.電路調試</b></p><p>　　6.1電路調試結果（實物）</p><p>　　⑴ 沒有檢測到物體時發(fā)光二極管點亮</p><p>　?、?檢測到物體時發(fā)光二極管熄滅</p>&l

31、t;p>　　6.2 電路調試電壓及波形</p><p>　?、?沒有物體存在時，LED1點亮，NE555定時器3號引腳的輸出波形</p><p>　?、?超聲波傳感器發(fā)射端的波形</p><p>　?、?當沒有物體存在時，超聲波傳感器接收端的波形</p><p>　?、?當沒有物體存在時，LM393輸出端的波形</p>&

32、lt;p>　?、?當有物體存在時，超聲波傳感器接收端的波形</p><p>　?、?當有物體存在時，LM393輸出端的波形</p><p><b>　　7.個人體會</b></p><p>　　一周的課程設計結束了，在這次的課程設計中不僅檢驗了我所學習的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設計過程中

33、，與同學分工設計，和同學們相互探討，相互學習，相互監(jiān)督。學會了合作，學會了運籌帷幄，學會了寬容，學會了理解，也學會了做人與處世。</p><p>　　課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，這是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程．”千里之行始于足下”，通過這次課程設計，我深深體會到這句千古名言的真正含義．我今天認真的進行課程設計，學會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的

34、基礎．</p><p>　　通過這次傳感器技術課程設計，本人在多方面都有所提高。通過這次傳感器技術課程設計，綜合運用本專業(yè)所學課程的理論和生產實際知識進行一次基于超聲波傳感器檢測的設計工作的實際訓練從而培養(yǎng)和提高學生獨立工作能力，鞏固與擴充了傳感器技術等課程所學的內容，掌握超聲波傳感器測具體設計的方法和步驟，掌握了超聲波傳感器的工作原理和使用方法，提高了分析能力，綜合運用能力，熟悉了規(guī)范和標準，同時各科相關的課程

35、都有了全面的復習，獨立思考的能力也有了提高。</p><p>　　在這次設計過程中，體現(xiàn)出自己單獨設計硬件接線圖的能力以及綜合運用知識的能力，體會了學以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時學習的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補。</p><p>　　在此感謝我們的**老師，老師嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣；老師循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪；

36、這次課程設計的每個實驗細節(jié)和每個數(shù)據(jù)，都離不開老師您的細心指導。而您開朗的個性和寬容的態(tài)度，幫助我能夠很順利的完成了這次課程設計。</p><p>　　同時感謝對我?guī)椭^的同學們，謝謝你們對我的幫助和支持，讓我感受到同學的友誼。 </p><p>　　由于本人的設計能力有限，在設計過程中難免出現(xiàn)錯誤，懇請老師們多多指教,我十分樂意接受你們的批評與指正，本人將萬分感謝。</p&g

37、t;<p><b>　　8.參考文獻</b></p><p>　　[1]、賈伯年，俞樸編著.傳感器技術.南京：東南大學出版社，2007；</p><p>　　[2]、閻石.數(shù)字電子技術基礎.北京：高等教育出版社.2006；</p><p>　　[3]、王瑩瑩.Protel DXP電路設計實例教程.北京：清華大學出版社.2008；&