数字式红外测速仪 课程设计

数字式红外测速仪

一、设计技术指标与要求

1、用红外发光二极管、光敏三极管作为速度转换装置。

2、测速范围：10 – 990转/分。

3、三位数字显示，显示不允许闪烁。

二、设计目的和要求

1、设计目的

本课程设计是在前导性验证性认知实验基础上，进行更高层次的命题设计实验，要求学生在教师指导下独立查阅资料、设计、安装和调试特定功能的电子电路。培养学生利用模拟、数字电路知识，解决电子线路中常见实际问题的能力，使学生积累实际电子制作经验，目的在于巩固基础、注重设计、培养技能、追求创新、走向实用。

2、设计要求

1.以电子技术基础的基本理论为指导，将设计实验分为基础型和系统型两个层次，基础型指基本单元电路设计与调试，系统型指若干个模拟、数字基本单元电路组成并完成特定功能的电子电路的设计、调试；

2.熟悉常用电子仪器操作使用和测试方法；

3.学习计算机软件辅助电路设计方法，能熟练应用电子线路CAD 进行电路设计和印刷电路板的设计制作；

4.学习电子系统电路的安装调试技术；

5.拓展电子电路的应用领域，能设计、制作出满足一定性能指标或特定功能的电子电路设计任务。

三、实验原理构思

1、转速概念

转速是旋转物体的转数与时间之比的物理量,是描述各种旋转机械运转技术性能的一个重要参量。转速和频率有共同的量纲,都是单位时间内某一量值(脉冲个数、转数) 出现的次数,从理论上讲,转速值可以直接和频率值进行比对。测时计数是转速计量的基本方法。

测定一定单位时间内旋转物体转过的圈数即频率，可等价为所测旋转物体此时的转速。

2、光电式红外测速仪

经查阅资料知道目前在光电式转速表方面使用的检测装置有两种:

a. 采用转速标准装置,将定向反射纸贴于装置的测速盘上,由转速标准装置通过测速盘输出标准转速,进行检测。采用脉冲光源测

b. 速装置来检测光电式转速表。这类检测设备通常由频率信号发生器、频率计数计及一个发光二极管组成。两种检测装置的工作原理有质的差别。脉冲光源测速装置能否做为标准,在转速界争议较大。

本课程设计即可采用红外发光二极管和光敏三极管作为速度转换

装置来测取旋转物体转速。可将红外发光二极管固定于旋转物体（假设为汽车车轮）定轴上，在转轴上安装一遮光板，在遮光板上可打一个小孔，在转轮旋转时，当发光二极管、小孔、光敏三极管在一条轴线上时小洞才有红外光通过，其他时间则由于挡板作用，没有光通过。光敏电阻接收红外光后转化为一个脉冲，产生一个脉冲则说明转一圈。这样只需要测量一分钟内光敏三极管输出脉冲个数，就可以知道车轮的转速了。

四、设计方案构思

1、方案一

图

-1 方案一流程图 2

方案二

图-2 方案二流程图

通过比较可知因为方案二加入了60s 时钟电路，同时具备了时钟计 数功能，每60s 自动清零，停止计数，三位数码显示管示数即为所测旋转物体转速。所以本课程设计采用方案二进行设计。

五、设计原理及步骤

1、数字式红外测速仪原理框图

图-3

数字式红外测速仪原理框图

2、光电转换模拟电路

图

-4 光电转换电路模拟图

当合上开关时，红外发光二极管导通并发射红外线，当遮光板上小洞

正好与发光二极管和光敏三极管在一条线上时，光敏三极管接收红外线，并产生一高电平脉冲信号，输出给计数器。

3、三极管产生的高电平信号波形图，如下图

图-5 三极管产生的高电平信号波形图

实际使用时需用施密特触发器对三极管产生的高电平信号整形，同时输出一高低电平信号。

图-6 施密特触发器

4、输出脉冲模拟计数

可用控制开关来手动模拟小洞转过一圈时输出一脉冲并计数情景，如下图上面显示管示数为2，下面显示管示数为3。

图-7 输出脉冲模拟计数

工作原理简述：原先显示译码器示数为2，合上开关A时输出一脉冲信号给计数器，断开时则显示译码器示数为3，即为一次脉冲一次计数。

如果用手动来合上断开开关并计时，而且需要计数一分钟在操作中很

难实现，因此出现问题。

5、脉冲计数问题解决

可用555定时器产生1HZ即1s脉冲信号接入计数器进行计数，计数器采用2个十进制计数器74LS160D实现2位计数,当计数到60，停止计数，实现一分钟定时功能。

6、1s脉冲发生器电路-555定时器

该555定时器产生1s时钟脉冲，用于下面计数器计数。

图-8 1s脉冲发生器电路-555定时器

7、六十进制计数器定时计数电路

图-9 60s定时计数电路

用555定时器输出1HZ（1s）脉冲信号接入计数器进行计数，计数器采用2个十进制计数器74LS160D组成60进制计数器实现2位计数,当计数到60，即停止计数。

8、译码显示电路

图-10 三位译码显示电路图

采用了3片十进制计数器74LS160D，可对输入脉冲信号进行计数，输出结果即为所测转速。

而且计数至990时自动清零，即实现了测速范围（10~990转/分）。当计数为990时，给出低电平将三片74LS160D全部清零，以等待下一个脉冲信号重新计数。

六、数字式红外测速仪总电路图

图-11 数字式红外测速仪总电路图

总电路图在实际仿真中对原先电路图进行了一些改进，可自动实现一分钟计数功能，而原先总电路还需手动给脉冲信号，人工计时，故减少了工作量。

七、所用器件

红外发光二极管、光敏三极管各一片，

1K电阻、开关、与非、非门、与非门若干，

555定时器一片，

74LS160D计数器五片，

施密特触发器一片，

DCD -HEX型数码显示管五片，

电源若干。

八、设计总结

1、该电路最大的优点是运用74LS160，相比其他计数器速度快一些，而且也提高计数准确度；红外管的灵敏度高，从而减少了测试结果的误差；它是一种非接触型的测试器，使用安全，方便。整个电路主要以数字电路为主，因此相对模拟电路来说误差还是小很多。

2、仿真实验遇到过一些问题，因本次设计的电路图，有些部分无法仿真，因为红外线照射光敏三级管在软件里并未看到明显的效果，但是可以模拟一下，就是用一个开关不断的断合来模拟下降沿脉冲信号，或者通过一个下降沿的函数信号发生器来模拟使计数器工作。