数字式红外测速仪

电子技术课程设计

电气与信息工程学院自动化专业

题目：数字式红外测速仪

姓名：XXX

学号：XXXXXXX

指导教师：XXXXX

时间： 2014年 6月16日～2014 年 6 月20日

目录

一、本次课程设计的目的和要求 (2)

1.设计目的 (2)

2.设计要求 (2)

二、设计课题概述 (2)

1.分析设计课题要求 (3)

2.确定总体设计方案 (4)

三、设计原理及步骤 (5)

1.数字式红外测速仪原理框图 (5)

2.光电转换模拟电路 (5)

3.三极管产生的高电平信号波形图 (6)

4.输出脉冲模拟信号 (6)

5.脉冲计数问题解决 (7)

6.1s脉冲发生器电路-555定时器 (8)

7、六十进制计数器定时计数电路 (8)

8、译码显示电路 (9)

四、数字式红外测速仪总电路图 (10)

五、所用器件 (11)

六、设计总结 (11)

七、设计心得体会 (12)

参考文献 (13)

一、本次课程设计的目的和要求

1、设计目的

本课程设计是在前导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，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。

二、设计课题概述

数字式红外测速仪是用来测量机械产品转速的有效工具。机械转速通常用每分钟机械产品转动的次数来表示。

采用数字式红外测速仪测量机械转速，不但精确，而且使用方便。

（一）分析设计课题要求

所给技术指标要求：

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。

本课程设计我们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孔才有红外光通过，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。

根据上面所给技术指标要求，我们可以知道，数字式红外测速仪的核心是对低频电脉冲信号在固定的短时间内计数，最后以数字形式显示出来。所以，数字式红外测速仪主要组成部分是计数器和数字显示器。

（二）确定总体设计方案

数字式红外测速仪的上述功能要求，可采用两个不同的方案来实现：

1.测量机械产品转动固定次数所需的时间，然后换算为每分钟的转动次数，流程图如图-1所示。

图-1 方案一流程图

2.把转换为电信号的转动信号，在单位时间内（一分钟）进行计数，并用数字显示其计数值，从而直接得到机械产品每分钟的转动次数，流程图如图-2所示。

图-2 方案二流程图

这两种方案比较起来；第一种测量误差比较小，但实现起来电路要复杂些；第二种加入了60秒时钟电路，同时具备了时钟计数功能，每60秒自动清零，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。

三、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级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、输出脉冲模拟信号

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。如图-7所示，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