武汉软件工程职业学院2008 级毕业设计课题名称 基于红外发射-接收的转速测量系统 学生姓名 王 畅 学 号 1297808050095 班 级 光电 0802 班 指导老师 邓 峰 完成时间： 2011 年 04 月 20 日光电子与通信工程系 目 录摘 要1第一章、引言2（一） 、项目背景2（二） 、设计思路2第二章、热释电红外探测防盗报警器工作原理3（一） 、工作原理31、光电输入电路与接收电路32、脉冲形成电路43、计数器与显示电路5（二） 、元器件选择71、电压比较器82、光耦合器103、计数器124、译码器145、数码管15（三） 、试验现象18第三章、注意事项及制作心得19（一） 、 注意事项19（二） 、制作心得20结束语21参考文献22附录23基于红外发射接收的转速测量系统第 1 页 共 24 页 摘要为了将机械或者人工计数方式变为电子计数，并且采用 LED 数码显示，我们探究了红外线发射与接收计数器。当有物体影响到红外二极管的红外线发射，通过集成电路来实现计数，它计数简单直观，可适用于诸多行业，以满足现代生产，生活方式的需求。关 键 词 ： 红外线 计数器 LED 数码显示 脉冲基于红外发射接收的转速测量系统第 2 页 共 24 页 第 一 章 引 言红外发射-接收计数器是当有物体通过红外发射二极管 VD1 和接收管 VT1 之间时，红外线被挡住，从而引起电路电压的变化，通过电压比较器，光电耦合器件产生脉冲，控制计数器，计数器通过 LED 数码显示管显示。（一） 、项目背景在电子技术飞速发展的今天 ，电子产品的人性化和智能化已经非常成熟。其发展前景仍然不可估量。如今的人们需求的是一种能给生产和生活带来方便的电子产品。在工农业生产中需要计数的产品很多，其给人们计数带来了很多麻烦。利用遮断式红外控制原理，通过红外发射器与接收器实现的计数器，给人们进行产品的自动计数带来了方便。（二） 、 设计思路红外线发射器发射红外线，接收器接收由物体阻挡或直射的红外线，进行计数。其应用红外先发射电路产生，向外发射头发射红外线，红外线接收直射或阻挡的红外线信号并有放大电路进行多级放大，通过计数芯片分析，计算出遮挡的次数，再由数码译码器翻译，通过动态数字显示方式显示被测物体遮挡的次数。基于红外发射接收的转速测量系统第 3 页 共 24 页 第二章 红外线发射-接收技术器工作原理（一）、工作原理红外线发射-接收计数器的工作原理包括电源、光电计数和计数显示三大部分。1、光电输入电路与接收电路图 2-1（1） 、光电输入电路该电路由红外发射管和光电三极管组成。在该电路中，红外发射管 VD1 是由 9V 直流电源通过 R1 的限流直接驱动的，这是因为在该电路中，发射光与接收管固定安置且距离较近。因此红外发射管既不血药通过脉冲驱动来提高发射功率和增大发射距离，又不需要通过改变频率来区分控制频道.这种电路结构既满足了电路工作地需要，又使电路结构变的简单。（2） 、光电三极管接收电路光电三极管 3DU12 将发射管发送来的红外光接收后转化为信号电压，并进行一级放大后输出由光电三极管的特性可知，当它受光照射时，集电极输出为低电平；当光被阻挡时，集电极输出立即变为高电平，阻挡物通过后输出又变为低电平。这就是说，当一个物体从光电三极管与红外发光管之间通过时，光电三极管的输出端会输出一个正向基于红外发射接收的转速测量系统第 4 页 共 24 页 的脉冲电压，该脉冲的宽度与物体通过的速度有关。2、脉冲形成电路该电路由两级电压比较器、光耦合器和晶体管开关电路等组成。电压比较器 IC1-A、IC1-B 由四电压比较器（LM339）组成，它的两个同相端作为比较基准端，并且被 R3、R4 分压后偏置于 /2，既 4.5V，作为比较器的参考电压。电压比较器在电路结构上相当于一个增益不可调的运算放大器，它有一个同相输入端（+） 、一个反相输入端（）和一个输出端。如果以同相输入端作为比较基准端，则当反相输入端的电压小于基准端的参考电压时输出端为高电平，当反相输入端的电压大于参考电压时输出端为低电平。图 2-2在该电路中，光电三极管的输出端与第一电压比较器 IC1-A 的反相输入端（）相连，第一电压比较器的输出端与第二电压比较器的反相输入端（）相连。平时，光电三极管受光的照射，输出端为低电平，这一低电平远小于参考电压（4.5V） ，所以 IC1-A 输出高电平。这一高电平加至 IC1-B 的反相端并且高于参考电压，使 IC1-B 输出低电平。IC1-B 的输出端接光耦合器发光管的负极，使发光管发光，光耦合器 4N35 中的光电三极管导通，流过光电三极管的电流在 R9 上形成较高的电压降。这一电压经 R9 与 R10 分压后加至 VT2 的基极，使 VT2 导通，其集电极输出低电平。当接收光电管被物体遮挡后，它的输出端变为高电平，通过两级电压比较器放大和光耦合器的处理使 VT2 截止，他的输出端输出高电平。阻挡物一走过后，VT2 又导通，其集电极又变为低电平。这基于红外发射接收的转速测量系统第 5 页 共 24 页 样，每当光电三极管被物体遮挡一次，VT2 的输出端就会形成一个由低变高、再由高变低的过程。当这个（由高变低的）过程发生后，开关管 VT2 的集电极就会输出一个脉冲电压，这个脉冲的下降沿就可作为计数器的计数脉冲输入计数器的下降沿输入端 。当物体从红外发射管与光电管之间一个个通过时，就会有一个个计数脉冲输入计数器，于是计数器就将通过的物体统计出来。3、计数与显示电路（1） 、计数电路光电计数部分：当光敏三极管 VT1 接收到红外发光二极管 VD1 射来的红外光线时，其亮电流增大，内阻减小，集电极输出低电平。计算公式如下；Ig=SgEU (2-1)Ic=Ig (2-2)Uc=Vcc-R2*Ic (2-3)故光敏三极管集电极输出低电平。此低电平加到电压比较器 IC2-B 的反向输入端 6 脚，同时因 IC2-B 同向输入端 5 脚经过 R3,R4 电阻分压后，电压为4.5V，因此 6 脚电压小于 5 脚电压，IC2-B 的 7 脚输出高电平。此高电平又加到比较器 IC2-A 的反相输入端 2 脚，使 2 脚电压高于同向输入端 3 脚的电压，比较器 IC2-A 的 1 脚输出为低电平，此低电平使光电耦合器内藏发光管亮，对应的光敏管导通，三极管 VT2 也导通，VT2 集电极输出低电平。U5=R4/(R3+R4)*Vcc=4.5V (2-4)当有物体通过红外发射二极管 VD1 和接受管 VT1 之间时，红外线被挡住，VT1 因无光照，其暗电流小于 0.3uA，集电极输出高电平。因此比较器 IC2-B的 6 脚大于 5 脚电压，比较器的 7 脚输出低电平，同样比较器 IC2-A 的 2 脚电压小于 3 脚的电压，使 1 脚输出为高电平，光电耦合器截止，三极管 VT2 也截止，VT2 集电极输出高电平。当物体离开，就回产生下降沿，使计数部分开始计数。基于红外发射接收的转速测量系统第 6 页 共 24 页 图 2-3计数器 IC3 为双 BCD 同步加计数器（CD4518） ，该电路内包含两个结构相同的计数单元。每个计数单元有两个计数脉冲输入端：上升沿触发端 CP 和下降沿触发端 。若用 CP 端触发，则将 端接高电平；若用 端触发，则将 CP_EN_EN_EN端接低电平。它有四个输出端，既 Q1Q4，输出为二十一进制码。另外，它还有一个清零端 R,该端为高电平时计数器清零，各输出端为低电平。在该电路中，CD4518 中的第一计数器用于个位数计数，当计数脉冲从 端不断输入时，它的输出端 IQ1IQ4 就会一次输出从 00001001 的二进制码。这个二进制码通过译码器 IC5 的译码，就会在数码显示器上显示 09 的十个数字。CD4518 中的第二个计数器用于十位数计数，他的计数脉冲来自第一计数器的IQ4 端的输出脉冲。当第一计数器至 1001 后，若再输入一个脉冲，则计数器便会复零，输出端变为 0000，在 IQ4 由 1 变为 0 的过程中会形成一个脉冲的下降基于红外发射接收的转速测量系统第 7 页 共 24 页 沿。这个下降沿作为计数脉冲输入第二计数器的 端，使十位数计 1，这个 1_EN被认为是个位数的进位。（2） 、显示电路计数显示部分：采用 CD4518 组成 8421 码同步十进制计数器，对 VT2 集电极输出的脉冲信号下降沿进行计数。为满足下降沿计数的要求，需要将 CD4518的 cp 端接地，计数脉冲信号接 EN 输入端。因 CD4518 内含两个相同的计数器，可将第一级的 Q4 输出接第二级的 EN 端，构成两级串行计数，实现 0-99 的计数显示。CD4518 的第 7 脚，15 脚为清零端 Cr,通过电阻 R12 接地为零电平，与电容 C4 一起实现开机清零作用。译码电路采用两块 CD4543 分别组成 BCD7 段译器，驱动 LED 数码显示器。电阻 R13-R26 为限流电阻。它可将计数器输出的四位二进制码通过译码变为数字显示器的数码笔段，这些笔段分别与数字 09 的笔段相对应。数码译码器（CD4543）是一只具有锁存功能的七段字形译码器，它内部设有锁存单元，可以防止在计数过程中显示的数字发生翻动现象。该电路为十六脚扁平塑封结构。它有四个输入端（即 A、B、C、D，用来输入由计数器输出的二进制码） 、七个笔段输出端（即 ag，接数码显示管的笔段输入端） 、一个锁存控制端 LE（当 LE=1 时，数据被送至输出端；LE=0 时数据被锁存） 、一个消隐控制端 BI（当 BI=1 时，显示器消隐；BI=0 时，正常显示）和一个共阴共阳极控制端 DFI（当 DFI=1 时可接共阳极 LED 数码管；DFI=0 时接共阴极数码管） 。 在该电路中，LE=1 接电源。DFI、BI 接地，采用共阴极数码显示管。（二）、元器件选择电阻全部采用（1/8）W 金属膜电阻。电压比较器为低功耗，低失调的 LM393，LM393 电压比较器芯片内部装有四个独立的电压比较器，是很常见的集成电路。它类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端，任意一个端加上一个固定电压做参考电压，如 IC2-B 的 5 脚和 IC2-A 的 3 脚，另一端加一个待比较的信号电基于红外发射接收的转速测量系统第