黑线检测课程设计实验报告

测控技术课程设计报告题目: 黑线检测系统设计

班级：测控0803班

学生姓名：杨创迹（03）李德荣（31）樊梦茹（35）

指导老师：韩贵金

实习时间：2010年11月22日至12月3日

目录

摘要 (1)

一、设计目的 (2)

二、设计功能要求 (2)

三、器件选择 (2)

四、主要器件简介 (2)

4.1 ST188反射式红外光电传感器 (2)

4.2 继电器HK4100F-DC3V-SHG (4)

4.3 BOCHEN 3296电位器 (5)

五、设计思路 (5)

5.1 方案选择 (5)

5.2 方案确定 (7)

5.3 黑线检测系统总电路 (8)

六、设计步骤 (9)

七、实验中遇到的问题及解决方案 (9)

八、设计系统评价 (9)

8.1 设计系统的优点 (9)

8.2 设计系统的缺点 (9)

8.3 设计系统的改进方案 (10)

九、参考文献 (10)

十、心得体会 (11)

十一、附录 (12)

摘要：

本文以光电传感器ST188及3V继电器HK4100F-DC3V-SHG为核心，完成了黑线检测系统的设计，当光电传感器检测到黑线时，电机正转，其他情况电机不转，还实现调节黑线色度触发点等功能。设计过程中基于Proteus仿真软件的理论验证以及可靠的硬件设计，完成了题目的基本要求。

黑线检测电路分为两部分：红外检测电路及开关控制电路。其中红外检测电路主要由反射式光电传感ST188及BOCHEN 3296电位器构成，其中通过改变电位器的阻值来改变光电传感器的电压范围，进而调节黑线色度。开关控制电路主要由3V继电器HK4100F-DC3V-SHG、两个C9031 NPN三极管及电机构成，其中前一个三极管为电压跟随器，起到缓冲、隔离、提高带载能力的作用，后一个三极管代替电压比较器，将一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平，通过电平不同来控制继电器开关。继电器在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

黑线检测电路采用反射式光电传感器，红外管代替普通可见光管，可以有效的降低环境光源的干扰，尺寸小、质量轻、灵敏度高，对辅助装置的要求最少，对人眼无伤害，采用不调制的反射式红外发射-接收器完全可以有效的降低干扰，而且方便可行，能够准确的实施检测。但是在黑线检测电路中黑线色度调节范围小，无法大范围的应用，且设计较为简易，是一种近似理想模型系统，忽略了很多现实中存在的问题。另外检测程度有限，需黑线距离达到一定程度才可使用，这是由ST188管的参数决定的。

因此，根据黑线检测设计系统的不足，对设计系统进行方案改进，其中可以使用灵敏度更高的光电传感器代替ST188，以适应更大范围的黑线色度调节。使用比较器（如LM324）代替三极管构成的开关电路，性能可以得到大幅改善。因为LM324的输出与输入是严格的高低电平，不必考虑其零界值与连续电压的影响。另外还可以采用单片机代替控制电路实现黑线检测目的。单片机电路简单，且性能极佳，同时在系统改进时方便性优于纯硬件设计。

关键词：黑线检测光电传感器继电器电位器Proteus

一、设计目的

1、练习自拟的光电传感系统；

2、熟练掌握Proteus仿真软件，运用Proteus仿真软件对所涉及系统进行

仿真检测；

3、熟练掌握反射式光电传感器ST188的工作原理并采用ST188作为红外检

测传感器；

4、熟练掌握和运用继电器、电位器及放大等基本电路；

5、熟悉掌握利用三极管实现开关电路。

二、设计功能要求

设计光电传感器控制的黑线检测系统：如果光电传感器碰到黑线，电机正转，其他情况电机不转，可以设定/调节黑线色度触发点。

三、器件选择

四、主要器件简介

ST系列反射式光电传感器是经常使用的传感器。这个系列的传感器种类齐全、价格便宜、体积小、使用方便、质量可靠、用途广泛。我们采用ST188作为红外检测传感器。

4.1 ST188反射式红外光电传感器

4.1.1 ST188特点

ST188含一个反射模块（发光二极管）和一个接收模块（光敏三极管）。通过发射红外信号，看接收信号变化判断检测物体状态的变化。

（1）采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成；

（2）检测距离可调整范围大，4-13mm可用；

（3）采用非接触检测方式；

4.1.2 ST188外形尺寸

图4.1.2.1 ST188实物图图4.1.2.2 ST188管脚图及内部电路

注：A、K之间接发光二极管，C、E之间接光敏三极管（二者在电路中均正接，但要串联一定阻值的电阻）

端与亮检测面距离7mm处测得，其数值受亮检测面的表面光洁度及平整度影响。

说明：

（1）附图2中检测距离为光电传感器的前端面与被测面的垂直距离；

（2）被测面为亚光铝平面，且与光电传感器前端保持平行；

（3）转换效率相对值为1时，表该传感器在此距离的转换效率最高；

（4）该图为传感器典型曲线参考，具体的传感器与该曲线有一定差异。

4.1.5 ST188检测黑线原理

在黑线检测的测试中，若检测到白色区域，发射管发射的红外线没有反射到接收管，测量接收管的电压为4．8V ；若检测到黑色区域，接收管接受到发射管发射的红外线，电阻发生变化，所分得的电压也就随之发生变化，测量接收管的电压为0．5V，测试基本满足要求。

4.2 继电器HK4100F-DC3V-SHG

继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

4.2.1 继电器工作原理

电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。继电器内部结构如下：

4.2.2 HK4100F-DC3V-SHG主要技术指标

（1）最大切换电流：3A

（2）触电形式：1C 1A 1B

（3）最大切换电流：3A

（4）最大切换电压：300V

（5）最大切换功率：750V

（6）额定负载（阻值）：3Ω

（7）接触电阻：100mΩ

（8）线圈额定电压（V）：3V 5V 6V 9V 12V 24V

（9）线圈功耗：0.15W 0.2W 0.36W