光电开关里程表

1、 目录课程设计的背景及意义.1设计的基本原理.1设计的基本步骤.4实验电路实物图.6设计的结果.8总结和结论.8一、课程设计的背景及意义里程表是日常生活中比较重要的计量仪表之一，尤其是在汽车方面有广泛的应用。但是由于过去的技术比较落后，里程表一般都使用机械式或机电式的机构。其结构主要由测速电机、模/数转换、数字量/显示码转换、显示转速量和显示仪表构成的。这样的机构虽然原理非常简单，设计也比较方便，但其缺点也是显而易见的。如：·机械接触式设计会影响被测件的正常工作，低速运转时会产生较大影响·传动式结构使测量器件寿命变短，间接提高了产品价格，影响其市场占有率·采用测速

2、电机，增加了整个系统的成本降低了测量精度·功率消耗大，无便携性可言可见，这样的设计给市场推广带来了很大的阻碍，而且降低了测量精度。从而给很难占领市场。然而采用光电传感器件代替传统的机械或机电式结构进行里程的测量，能够很容易的就避免了上述的缺点，而且由于精度高，功耗小等优点，是很理想里程表新机构。二、设计的基本原理1、光电耦合器件的含义和特点1.1光电耦合器件的含义 光电开关（光电传感器:photoelectric switch）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输

3、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。 在工业检测、电信号的传送处理和计算机系统中，常用继电器、脉冲变压器和复杂的电路来实现输入、输出端装置与主机之间的隔离、开关、匹配和抗干扰等功能。而继电器动作慢、有触点工作不可靠；变压器体积大，频带窄，所以它们都不是理想的部件。随着光电技术的发展，70年代以后出现了一种新的功能器件光电耦合器件。它是将发光器件(LED)和光敏器件(光敏二、三极管等)密封装在一起形成的一个电光电器件，如下图所示。图1：把发光器件与光敏器件封装在一起构成光电耦台器件这种器件在信息的传输过程中是用光作为媒介把输入边和输出边的电信

4、号耦合在一起的，在它的线性工作范围内，这种耦合具有线性变化关系。由于输入边和输出边仅用光来耦合，在电性能上完全是隔离的。因此，光电耦台器件的电隔离性能、线性传输性能等许多特性，都是从“光耦合”这一基本特点中引伸出来的。故有人把光电耦合器件也称为光电隔离器或光电耦合器。这些名称的共同点都是为了突出“光耦合”这一基本特匪，这也是它区别于其它器件的根本特征。由于这种器件是一个利用光耦合做成的电信号传榆器件所以一般称为光电耦合器件。1.2光电耦合器件的特点² 具有电隔离的功能。它的输入、输出信号间完全没育电路的联系，所以输入和输出回路的电平零位可以任意选择。绝缘电阻高达10101012欧姆，

5、击穿电压高到100一25kv，耦合电容小到零点几个皮法。² 信号传榆是单向性的，不论脉冲、直流都可以使用。适用于模拟信号和数字信号。² 具有抗干扰和噪声的能力。它作为继电器和变压器使用时，可以使线路板上看不列磁性元件。它不受外界电磁干扰、电源干扰和杂光影响。² 响应速度快。一般可达微秒数量级，甚至纳秒数量级，它可传输的信号频率在直流和10MHz之间。² 使用方便，具有一般固体器件的可靠性，体积小，重量轻，抗震，密封防水，性能稳定，耗电省，成本低。工作温度范围在55+100之间。由于光电耦合器件性能上的优点，使它的发展非常迅速；目前，光电耦台器件在品种上有

6、8类500多种。它已在自动控制、遥控遥测、航空技术，电子计算机和其它光电、电子技术中得到广泛的应用。1.3 光电耦合器件的重要优点之一就是能强有力地抑制尖脉冲及各种噪音等的干扰传输信恳中大大提高了信噪比。光电耦合器件之所以具有很高的抗干扰能力，主要有下面几个原因。 光电耦台器件的输入阻抗很低，一般为101k欧姆；而干扰源的内阻一般都根大，一般为1K1M欧姆。按一般分压比的原理来计算，能够馈送到光电耦合器件输入端的干扰噪声就变得很小了。 由于一般干扰噪声源的内阻都很大，虽然也能供给较大的干扰电压伹可供出的能量却很小，只能形成很微弱的电流。而光电耦合器件输入端的发光二极管只有在通过一定的电流时才能

7、发光。因此，即使是电压幅值很高的干扰，由于没有足够的能量，不能使发光二极管发光，从而被它抑制掉了。 光电耦合器件的输入输出边是用光耦合的，且这种耦合又是在一个密封管壳内进行的，因而不会受到外界光的干扰。光电耦合器件的愉入输出间的寄生电容很小(一般为0.62pF，绝缘电阻又非常大(一般为10111013欧姆)，因而输出系统内的各种干扰噪音很难通过光电耦合器件反馈到输入系统中去。2、光电耦合开关光电耦合开关又分为对射式和反射式两种，对射式光电耦合开关的红外发射直接照射光敏器件，反射式光电耦合开关的红外发射需要通过开关前物体挡住从而使红外光反射到光敏器件上。本实验使用反射式光电开关测量运动里程。三、

8、设计的具体步骤1、设计实验电路下图为电机调速电路原理图：直流电动机的转速与家在电动机两端的电压成正比，电压越高，转速越快。该电路采用电压反馈方式控制电动机的转速，NE555为比较器工作方式，3脚输出电压的占空比受2脚电压的控制，调节W1可以设定电动机的转速。当电动机两端电压增大时，其转速超过设定的转速，此时R1上电压降增大，该压降馈送到NE555的2脚，则3脚输出脉冲电压的占空比减小，即脉冲高电平时间变短，Q1导通时间缩短，加到电动机两端电压降低，电动机转速下降，从而保持电动机转速为恒定值。图2：电机调速电路原理图光电开关电路：R7为红外发射管的限流电阻，调节W2可以调节发光强弱。R9和W3为

9、光敏器件的负载电阻，调节W2可以调节探测灵敏度。LED用来指示开关状态。 图3：光电开关电路2、设计实验具体步骤电机驱动电路输出“M+”“M-”用连线对应接到电动机的“M+”“M-”，对射式光电开关的“L+”“L-”“P+”“P-” 用连线对应接到电路上“L+” L-”“P+”“P-”。示波器探头测量电路输出“F”“GND”。 转速调节旋钮“W1”左旋到底，此时电动机不转动。打开电源开关，调节红外发射管限流电阻“W2”和光敏器件负载电阻“W3”，用手转动转盘，直至光电开关发射和接收透过转盘时圆孔和被遮住时示波器上显示高低电平跳变，调节转速调节旋钮“W1”直至电机转动，观察示波器输出波形，记录频

10、率。计算电机转速。注意转盘上有6个圆孔，转盘每转动一周产生6个输出脉冲。计算单位时间内电机运行里程，转盘直径为45mm。实验完毕，关闭电源，拆除连线。 图4：实验连线图四、设计的结果1、示波器显示输出波形图 图5：实验结果1 图6：实验结果2 图7：实验结果32、结果表格频率（Hz）转速（r/s）单位时间内电机运行里程（m）76.9212.821.81106.817.82.52262.743.736.18412.468.739.71555.692.613.08五、总结与心得通过本次课程设计实验，我更加了解了光电传感器的优势之处，更加深刻的了解了的光电开关的原理及应用，以及了解了里程表的工作原理。在实验中灵活使用模型模拟的方法，用小电动机上的小孔的挡光来引起光电开关的数据的改变从而在示波器中引起了波形的变化，从而让我们直观的计算出