红外计数器的设计

1、红外计数器的设计0引言随着人们生活水平的不断提高,人们越来越追求人性化的事物,计数器是不可缺少的必需品。本文所设计的计数器采用红外线遮光方式,抗干扰性好,可靠性高,可用于测量宾馆、饭店、商场、超市、博物馆、展览观、车站、码头、银行等场所的人员数量及人员流通数量。该产品应用广泛,也可以测量流水线上的产品数量,以及可检查产品有无缺损。因此,研究计数器及扩大其应用,有着非常现实的意义。1红外技术的介绍红外技术的内容包含四个主要部分:红外辐射的性质,其中有受热物体所发射的辐射在光谱、强度和方向的分布;辐射在媒质中的传播特性-反射、折射、衍射和散射;热电效应和光电效应等。红外元件、部件的研制,包括辐射源

2、、微型制冷器、红外窗口材料和滤光电等。把各种红外元件、部件构成系统的光学、电子学和精密机械的组成部分。红外技术在军事上和国民经济中有着广泛的应用。红外技术有很多应用,例如在夜晚可以用看见物体的红外线来确定物体的位置;用一个红外线发射器和一个红外线接收器在生产上可以计算商品的数量;军事上可以用来防止敌人侵入,当红外线发射器和接收器被挡住,警报就会响;在医学上还可以查看人的病情等等。红外线计数器分为对射式和反射式两种电路。对射式红外线是一个发射头和一个接收头在中间如有物件通过就遮挡一下光线,输出脉冲信号触发计数电路;反射式红外线是把发射头和接收头做在一块成为一个红外探头,当探头前有一个物件出现就把

3、发射头的红外线反射给接收头,探头输出一个脉冲给计数器计数。本文所设计的计数器是采用红外线遮光方式,利用红外对射管作计数传感器,当有物体通过时光被遮挡住,接收模块输出一个高电平脉冲,对此脉冲进行计数,就可实现对产品的统计。基于这种光电检测原理,配合组成集成电路,就可设计对射式红外线计数器。实践证明,该装置抗干扰能力强,红外计数器的设计Design of Infrared Counter杨汉祥张琦Yang Hanxiang Zhang Qi(赣南师范学院物理与电子信息学院,江西赣州341000(School of Physics and Electronic Information Science

4、,Gannan Teachers'College,Jiangxi Ganzhou341000摘要:计数器在人们日常生活中应用越来越多,已成为不可缺少的必需品。本文介绍了红外计数器的发展前景和现状,设计了一种由数字电路来实现的红外计数器,详细阐述了红外计数器的工作原理和构成,讨论了各模块的实现方法,并对它们进行了严格的理论逻辑推敲和实验测试,以达到设计要求。它可以解决计数中的增减问题,对任意流水线产品及来往客流自动计数。因此,研究红外计数器及扩大其应用,有着非常现实的意义。关键词:自动计数;红外检测;8位数码管中图分类号:TP368.4文献标识码:B文章编号:1671-4792-(200

5、97-0187-04Abstract:Counters are widely used in our daily life and gradually become a necessity.Here we introduce the current status and al-so the future of infrared counters,then present a design on top of digital circuit.And the working theory and construct are described and implementation of each

6、module is discussed here.Strict logical reasoning and real experiments have approved each step is correct in the process which have fulfilled the design specifications.To summarize,infrared counters can solve increase/decrease problem in count-ing,such as automatic counting for industrial pipelining

7、 and traffic.Therefore,the study of infrared counter and expanding its applica-tions make very practical sense in above terms.Keywords:Automatic Counting;Infrared Detection;8-bit Digital Tube187科技广场2009.7工作稳定,计数准确。2设计任务与要求2.1设计任务实现数字式光电计数器的功能,当用遮挡物按正方向(设定物体从电路板下方向上移动为正方向挡住两红外线开关各一次,它就自动计数加一;当用遮挡物按负方

8、向(设定物体从电路板上方向下移动为负方向挡住两红外线开关各一次,它就自动计数减一,可实现099的计数显示。2.2设计要求 该计数器可将机械或人工计数方式变为电子计数,并且采用LED 数码显示,在电源输入端输入220V 电压,经稳压为5V 左右的电压,经过光电输入电路、计数脉冲形成电路、显示计数电路完成电路功能。3红外计数器的工作原理红外计数器电路的工作原理是:该电路由光电输入电路、脉冲形成电路(U 1-U 8组成电压比较器和计数与显示电路等组成,利用被检测物对光束的遮挡或反射,从而检测物体的有无。物体不限于金属,所有能遮挡或反射光线的物体均可被检测。红外对射管将输入电流在发射器上转换为光信号射

9、出,接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。每当物件通过红外对射管中间一次,红外光被遮挡一次,光电接收管的输出电压发生一次变化,这个变化的电压信号通过放大和处理后,形成计数脉冲,去触发一个十进制计数器,便可实现对物件的计数统计1。红外计数器总体框图如图一所示: 4主体电路的设计4.1电源电路的设计 稳压I C 型号中的78系列,7805输出电压为正5V ,具有过热及调整管的保护电路,使用起来可靠、方便,而且价格便宜,可以用来做电路的稳压电源。焊接时要注意三端集成稳压电路的输入、输出和接地端绝不能接错,否则容易烧坏。一般三端集成稳压电路的最小输入、输出电压差约为3V ,否则不能输

10、出稳定的电压,7805输入端和输出端之间的电压差允许在3-13V ,即经变压器变压、二极管整流、电容器滤波后的电压应比稳压值要高。220V 交流电经过变压器降压成12V ,经过桥式整流器整流、C 1滤波,成为约14V 直流电,再经三端稳压集成电路7805稳压,形成5V 稳定直流电,作为光电输入电路、脉冲形成电路(U1-U 8组成电压比较器和计数与显示电路的工作电源。电源电路如图二所示:目前常用的红外线对射管是根据物体对近红外线光束的反射原理,利用被检测物对光束的遮挡或反射,由同步回路感应反射回来的光的强弱而检测物体的存在与否。光电传感器首先发出红外线光束到达或透过物体,物体或镜面对红外线光束进

11、行反射,光电传感器接收反射回来的光束,根据光束的强弱判断物体的存在,多数光电开关选用的是波长接近可见光的红外线光波型。红外对射管的种类很多,有镜反射式光电开关、漫反射式、槽式、对射式、光纤式等。红外对射管将输入电流在发射器上转换为光信号射出,接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。每当物件通过红外对射管中间一次,红外光被遮挡一次,光电接收管的输出电压发生一次变化,这个变化的电压信号经过9014的放大并向计数脉冲形成电路输送信号。光电输入电路如图三所示:图一光电数字显示电路框图图二电源电路图三光电输入电路1884.3计数脉冲形成电路的设计当用遮挡物按正方向(设定物体从电路板下方向

12、上移动为正方向先挡住两红外对射管中下面一次,下方的Q 2先输出高电平,经过两个非门给C 2(0.01uF 充电,Q 1输出为低电平,使U 7输入端为0和1,输出为1,再一个与非门后输出为0,即借位为0。当用遮挡物按正方向再挡住两红外线开关中上面一次,上方的Q 1输出高电平,经过两个非门给C 1(0.01uF 充电,此时Q 2(9014集电极为高电平,使U 5两输入端为0和1,输出为0,再一个与非门后输出为1,即进位为1。上方的Q1输出高电平时,C 2放电使U 7输入端仍为0和1,输出为1,再一个与非门后输出为0,即借位还为0。同理,当用遮挡物按负方向(设定物体从电路板上方向下移动为负方向挡住两

13、红外对射管各一下,借位输出1,进位输出为02。光电计数脉冲形成电路如图四所示: C D 40110计数集成电路能完成十进制数的加法、减法、进位、借位等计数功能,并能直接驱动小型七段LED 数码管。七段数码管器件为小型LED 共阴极数码管,C D 40110与它配套使用可直接驱动显示,如图四所示。C D 40110计数为十进制加计数器,逢十时自Q C O 端输出进位脉冲,送至下一个相同计数器C Pu 端(9脚将继续累加(即为十位数。集成电路C D 40110是可逆计数器,集计数、译码、锁存、驱动为一体。在电路中V C C 、V SS 为电源端;a-g 为数码笔段输出端;C PU 为加计数脉冲输入

14、端;C PD 为减计数脉冲输入端;M R 为清零端,高电平时计数器清零;Q C O 为进位脉冲输出端,作加法计数时,每当计数满10后输出一个进位脉冲;Q B O 为借位脉冲输出端,作减法计数时,每当计数满10后输出一个借位脉冲;/C T 为触发器控制端,/C T =0时计数器工作,/C T =1时计数器处于禁止状态,不计数;/LE 为锁存控制端,当/LE =0时正常显示,/LE=1时显示数被锁定3。LED 数码管的显示控制方式有扫描控制和独立控制两种方式。前者用于多位LED 数码管并列显示的情况下,共用段控信号,通过扫描位控信号,实现分时显示。由于人眼的视觉暂留现象,形成多位LED 数码管同时

15、并列显示的效果。这种方式的实现有软件实现和硬件实现两种,软件实现是由程序控制扫描过程,程序只需向扫描控制电路写入控制字和各位数码管的段码或字符的B C D (B i nar y C odedD eci m al 码即可;硬件实现是由专用芯片或逻辑电路控制扫描过程。前一种控制方式下,对于多位数码管的情况,可以有效减少连线数量,但控制过程相对复杂。后一种控制方式下显示控制方式相对简单,但不适合多位并列显示的情况4。译码电路采用两块C D 40110分别组成B C D 七段译码器,驱动LED 数码管显示器。C D 40110计数集成电路能完成十进制的加法、减法、进位、借位等计数功能,并能直接驱动小型

16、七段LED 数码管。C R 为清零端,C R =1时,计数器复位;C P 为时钟端(C PU 为加法计数时钟,C PD 为减法计数时钟;Q C O 输出进位脉冲,Q B O 输出借位脉冲;/C T 为触发器使能端,/C T =0时,计数器工作,/C T=1时,计数器处于禁止状态。七段数码管器件为小型LED 共阴极数码管,C D 40110与它配套使用可直接驱动显示。计数显示电路如图五所示:5总原理图利用红外对射管作计数传感器,当有物体通过时光被遮挡住,接收模块输出一个高电平脉冲,对此脉冲进行计数,就可实现对产品的统计。基于这种光电检测原理,总原理图由光电输入电路、脉冲形成电路(U 1-U 8组

17、成电压比较器和计数与显示电路等组成。红外线接收电路与计数电路连接,计数电路的输出端与显示电路连接,总原理图如图六所示。6安装与调试首先在电源输入端输入5V 电压,然后用遮挡物正方向(设定物体从电路板下方向上移动为正方向挡住开关,让其进位端产生一个高电平,电路开始计数加数;用遮挡物负向挡住开关,让其借位端产生一个高电平,电路开始计数减数。图四计数脉冲形成电路图图五计数显示电路红外计数器的设计189科技广场2009.7在调试中,遇到了以下几个问题:接通电源后,数字显示管总是多亮了一个灯;接通电源后,挡住光电开关,但是数字显示管不会计数;电路焊好后,出现的错误是:LED的f段不能亮,而且不能正常计数

18、,输出端不能正常输出脉冲。对应解决方案:检查电路,查看电路是否有引脚接通的现象,即用万用表检查是否有引脚接通,而导致数码管总是多亮一段;光电开关可能正负极接反了,或者加大C1、C2电容的数值,增大储存电能的能力,延长释放电流的时间,以保证障碍物有足够时间通过第二个红外计数器;用万用表测试各条接线的电压,发现芯片的接线错误,因此LED的f段不能正常发亮,LED显示器也不能正常计数以及开机清零。7实验数据分析安装时要求红外对射管要并列放置,以方便物体通过两个红外对射管,同时电路连接要准确。本计数器可实现0 99的计数显示,若要增加计数位数,可直接对计数显示部分进行扩展。调试过程中,电压大概在56V之