电子课程设计--方向识别器.doc

电子课程设计题 目： 方向识别器 姓 名： 苏文林 学 号： 19920102203433 学 院： 物理与机电工程学院专 业： 机械设计及其自动化年 级： 2010指导教师： 秦利锋 2013年 6 月 1 日目录1 设计要求.12 设计的作用和目的.13 方案设计和仿真.24 标准设计方案.95 元器件清单.146 PCB板.147 硬件的制作和调试.158 总结和体会.159 成品展示.1610 参考文献.17方向识别器设计报告 一.设计要求设计并制作一光电识别计数器，用于识别、计算通过管道物品的数目。基本要求： 1识别物品通过管道的方向：进、出； 2对进出管道的物品进行计件。物品进入管道，识别器计数总数目增加，物品离开管道，识别器计数总数目减小； 3至少一位数码管显示注：完成要求1与3或2与3为达到基本要求2. 设计的作用和目的。 通过这样的一个装备实现对流水线的物体的数量做统计，实现智能控制，提高生产效率和降低人工成本，实现产业化和利润的最大化。除了可以应用于流水线上产品数量的测量，还可以广泛应用于测量停车场、宾馆、饭店、商场、超市、博物馆、展览观、车站、码头、银行等场所的人员或物品的数量及流通数量。 通过这个设计过程，学习新的知识，熟悉软件的使用，增加团队的合作，掌握电路设计的思维和方法。最主要的是学习研究过程的严谨精神，同时整合自己学习的知识。3. 方案设计和仿真 （1） ：系统概述 利用物体通过时，遮挡住光源，然后利用光敏传感器实现光电的转化，然后通过放大和稳压电路，获得计数的脉冲信号。通过计数器实现统计数量的加减然后通过显示电路显示在数码管上，完成对通过管道数据的统计。原理框图如下：零件计数（74LS192）稳压电路光电发生电路译码（74LS48），显示（七段共阴极数码管）电路（二）：单元电路设计与分析1. 电源部分。 电路设计中用到了计数器、译码器等COMS器件，其工作电压为DC 5V，故需设计电源模块，将市电转换成可用电压。一般直流稳压电源主要由变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路组成：变压器由于7805的输入电压范围是7V-15V,采用220V/9V小型变压器，则7805的输入电压范围是91.2=11V，满足7805输入电压要求。整流桥采用2W10/2A桥。滤波电路滤波器电容的选择主要看电流，也就是要看RL负载的大小,根据经验，用耐压至少10V/ 100uF-1000uF的电解电容滤波。稳压电路采用7805稳压电路，参照7805的应用电路图，选择CI=0.33uF,Co=0.1uF电路图如下：2.光电发射接收电路： 开始时打算使用做光敏电阻作为测量的感应器，但是光敏电阻受温度的影响很大，再者响应速度不快，在ms到s之间，延迟时间受入射光的光照度影响 。而光敏二极管的反应速度在ns之内，所以反应速度远远大于光敏传感器。所以决定用光敏传感器。 因为在Multisim 中没有光敏二极管，所以用图中R2代替来仿真。因为在无光照时，电路断开，所以用大电阻表示，常态为100%的状态。 因为 所以根据图可以知道，发光二极管的正向电压为2.4V，正向电流为Imax1=20mA 又因为 所以根据图可以知道，选择2DUA系类：Umax=3V,Imax2=IL=6综上：选择V1=2.4v ，所以R3=V1/Imax1=2.4/20*1000=120 因为忽略了二极管的压降，所以直接使用 R3=120 。 所以 R1=V1/Imax12=2.4/6*1000000=400 K仿真结果： 图中明确的可以看出，在变位器（光敏电阻无光）阻值变小时，可以产生稳定的方波。3.信号处理电路 因为光敏二极管的电阻和光强的关系，所以产生的方波信号的幅值是不一样的且相对较小的，所以在信号处理的过程中，需要考虑到信号防干扰和信号的稳压。设计的电路图如下： 当Ui0时，UO=UOL=-UZ。 因为 考虑到微小的光强变化和电路的噪音信号影响产生的信号脉动，所以在微小的信号变动不当做检测物体的信号变化，所以选择比较信号 V1=0.4v。根据稳压二极管的参数： 因为我们需要的稳定电压为 5v 所以选择 1N5993 ； 又因为 Imax=83 mA 所以 选择R4=500K仿真： 利用输入三角函数信号，在示波器上显示，是否出现稳定的方波信号。如果出现则是可以实现稳压和除杂的作用。仿真结果图:：结果分析：产生的稳定电压为 3.98V ，而且能够产生稳定的方波图，所以这个放大稳定电路图还是可以处理好检测物体时候产生的检测信号。4.计数和显示电路 通过74LS192十进制可逆计数器，把进入管道的信号作为计数加法端的信号，管道输出端的信号作为减法端的信号，然后把得到的数值结果输送到74LS48 四线七段译码器中进行译码，再把信号发送到共阴极七段数码管中，把数值显示出来。然后通过数码管和计数器的级联，实现多位数的计数和显示。 计数器的种类有很多，同时既有加法计数和减法计数的计数器也有74LS192、CC40192、74LS168等。所以我选择74LS192。因为74LS192不仅仅可以实现加法，减法和可逆计算，同时还能存储数据。输出的为四位的二进制代码可以和很多译码器连接组成计算显示系统。 电路图： 74LS192的功能表：其中为了把十六进制作为十进制的计数器使用，使用了置零法进行变化，转化的电路图如下：为了实现十位的计数，把个位计数器的B0和C0端分别接入到十位计数器的UP和DOWN 的信号端。因为当信号溢出时，BO端会产生一个方波信号的上升沿，当信反向溢出时，（当为零时，DOWN 端产生上升沿），CO产生信号上升沿。仿真： 为了仿真的简便，我只使用了一位数码管，然后其他的可以通过级联即可达到多位数的计数和显示。这样不仅仅可以简化仿真过程，还能提高仿真的效率。这样可以把每一位的显示封装，适合大量的生产和加工。可以给消费者得到使用的方便和位数选择自由。 利用函数信号发生器产生的方波作为信号源，在方波的作用下，显示的数字会逐渐的变化。所以这个计数显示电路是可以实现功能的。5.整体电路与调试电路图： 组合成标准电路图后，通过改变电位器的阻值，可以实现数字的加减法计算，对于光强的变化不可能影响光敏电阻的变化那么明显或者一致性，但是理论是还是可以完成这个目的的。4 标准设计方案 电路图如下：电路包括光电发射接收电路、反相短路、信号互锁电路、计数/译码/显示电路和辅助电源电路五部分。1） 原理方框图计数译码显示电路(40110及数码管)信号互锁电路(74LS74双D触发器)信号处理电路(4069反相器)光电发射接受电路(ST168反射式红外光电传感器) 2） 各个模块的电路（a） .光电发射接收电路电路图如下： 该部分电路采用ST168作为核心器件，当有工件经过ST168时，便会产生脉冲。 没有物体经过时，ST168内部为通路，输出为高电平。有物体经过时，输出为低电平。（b).信号处理电路电路图如下： 4069 反相器 4069芯片对信号进行反相，以便有物体经过ST168时，输入到74LS74的是高电平。 互锁电路 下面是互锁电路的引脚说明，通过触发信号和控制信号的不同，达到互锁的作用。即Y1和Y2分别接D1的 CK1和CLR1。 （c）.计数.译码.显示电路 通过互锁电路的信号，加在40110的加减信号端口上，在40110上进行加减然后译码输出，在数码管上显示出来。 5 元器件清单。元器件清单元器件序号型号封装数量备注P1、P2ST168HDR1X42R1、R32220R2、R4220kR511kR61510导线数根红线和黑线4069CD4069VBEDIP141CT74LS74HD74LS74APDIP14140110CD40110BEDIP161C1、C4极性电容24.7FC2、C3瓷片电容20.1FU2L7805CVTO220ABN1SWTL36WW150501DLED016 PCB板 在画PCB连接时，开始使用自动布局和布线。乱成一团。后来通过自己一个元件一个元件的添加，然后自己手动布线，得到以上的布线图。但是截图有点小，可能比较模糊。在布线的过程中，应该尽量的合理安排布局，减少甚至不出现跳线。7 硬件的制作和调试。 1. 接上电源后，LED 和数码管都不亮，所以判断为辅助电源出现问题，检查发现，接地端没有接的严密导致不导电，重新焊接好后，LED亮。 2.之后无论如何调试数码管都不亮，检查之后发现共阴极数码管，老师错发了共阳极数码管，找老师更换，被拒绝，自己去电子城购买共阴极数码管之后，数码管可以显示。 3.调试过程中，发现数码管的G 始终不亮，检查电路发现无误。利用万用表测量，发现电阻始终为无穷大，所以确定为该段击穿，但是没有多余的元件 ，所以不更换，答辩过程和老师说明。4. 减法计数功能无法实现，所以检查st168 ，发现该零件损坏，更换之后功能正常。5. 数码管显示不稳定，用万用表检测每一条通路，发现有2个接触不良，重新焊接后，问题解决。8 总结和体会1. 电路设计和仿真过程 通过该过程，自己是图书馆查询资料和网上查找，学到了不少知识，而且通过MULTISIM仿真，熟悉了该软件的应用。而且知道了设计电路是应该具备的细心和完全的考虑。不能太过理想。虽然结果的标准的差别很大，但是收获还是很大。 2.画pcb板的过程。 熟悉了 protel画原理图和制作PCB 的功能。同时知道了如何自己封装电子元件。在自动布线和布局是会很混乱的，所以应该耐心的更改位置，达到尽量美观和少用跳线。3. 焊接过程。这一阶段尤其要注意电子元件的极性，在连接电路的时候应该尽量的美观而且不能使靠近的线相互触碰。还有芯片的引脚连接要该注意引脚的编号和对应的连接。还有如数码管等 容易烧坏的元件应该尽量减少焊接的时间。最后如果焊接错误，应该小心去除焊锡，不能使铜片掉了，否则基本上很难连上。遇到这种情况，我是在该孔添加一小段的连接线，效果还是不错的。 总而言之，电子设计没想象中那么容易，不仅仅是因为它综合了很多的知识和技能的使用。更是对我们学生考试心态到科学设计的跨越过程的一个挑战。科学设计没