数字式红外线测速仪
数字式红外线测速仪
（一）、技术要求与指标：
用红外线发光二极管，光敏三极管作为速度转换装置。
测速范围：10~990转/分。
两位数字显示，显示不允许闪烁。
（二）、设计原理与步骤：
测速仪框图如图1所示：
被测量
图1 红外测速仪框图
其中光电转换采用发光二极管HG11（红外）发光敏三极管3DU5C组成。光电转换示意图如图2所示。在被测速的主轴上装一遮光板，板上打一小洞（或数个小洞），调整发光二极管、小洞、光敏三极管才输出一个脉冲，其它位置时，由于遮光板的挡光作用，光敏三级管无输出。这样只要测量一分钟内光敏三级管输出的脉冲个数，就知道转速了，因为两者在数量上是一至的。
图2 光电转换（示意图）
主门是一个控制门，反在基开通期间，计数脉冲顺利通过，在关闭期间计数脉冲则通不过。我们采用主门找开6S钟，即测量6S内的脉冲个数，转速就等于脉冲个数乘上10倍，为了把这一数值显示出来，而又不闪烁，采用先锁存，再译码显示。为了第二次测量，在计数值锁存后需对计数器清零，所以在关闭期间需完成锁存和清零功能，如以开门信号的后沿作标准，锁存延时为延时1，清零延时为延时2，可用锁存延时的结束时间做为清零延时的触发控制，其时序关系如图3所示：
主控X
Gs 0.67s
锁存Y
Td1(80ms)
清零Z Td2(80MS)
图3 测速时序图
2、单元电路设计计算：
（1）、光电转换
为保证发光二极管HG411的最大电流不超过30mA，考虑红外发光二极管的正向压降为（1.3~1.5）V，电源电压采用5V，则限流电阻R==0.12KΩ，取 R=108 KΩ，选择图4电路作为光电转换的模拟电路。
采用三极管的饱和导通与截止来控制发光二极管的发光与熄灭，省去了用人功法来模拟遮光板的作用，给电路调试带来方更。为了获得波形好的方波，光敏三极管的输出经施密特触发器整形，触发器选用CD40106。
图4 光电转换的模拟电路
（2）、主振与分频电路
按照主控时序图T=6.67s，主控后经`400分频，所以主频选为f=40016.67=60HZ，周期T=6.671400=16.7ms，电路选用多谐振荡器，电路如图5所示。
多谐振荡器的周期为：T=t1+t2= RC+RC取=(2.7~2.9)V，=2.1V，=5V，T≈0.98RC。
在选定电容数值后，即可根据上式计算出R值来，但为了满足设计要求，在安装调试中可能有些变化。
.T
图5 用施密特反相器组成的多谐振荡器
4分频用CD4013双D触发器来完成，100分频由CD4518双十进制计数器完成。
（3）主门控制信号的形式
主门开通时间为6s，关闭时间应尽可能短一些，以便提高测量速度，同时又应使电路简化，本电路中的计数器采用CD4518，主控X可由端口和经过与非门再经过与非门再经过施密特非门得到X=
（4）锁存和清零脉冲的形成
锁存要求负脉冲，清零要求正脉冲（这取决于采用的集成电路的类型），锁存延时取为80ms左右，而清零延时亦取为80ms左右，电路采用一形式。锁存Y和清零端Z由下图所示。
（5）译码显示电路
译码器采用CD4511，该片具有锁存功能，所以总框图中的锁存器与译码器合二为一，由CD4511完成，锁存脉冲为（4）中讨论的。
显示器采用共阴极数码管，但CMOS电路输出电压较TTL为高，为延长数码管使用寿命，在每个数码这阳极串联一400Ω电阻再接到地线上。见下图：
图8 简化的电路原理图
（三）电原理图与调试要点
在所有单元电路均设计计算完毕后，即可按选定的片子画出电原理图。按照电原理图，把电路安装好，经检查后，才可以通电进行调试，调试是先单元电路，后整机，具体步骤如下：
（1）、振与分频：用示波器观察主振输出，其频率f=60HZ，T=16.7ms，如周期不符合要求，改变电阻值，直到满足要求为止。
4分频输出时，周期为6.67ms，第一个十分频的Q3输出周期为6.67s，如发现最后无输出应找出是哪一级电路不工作，然后排除。
（2）、主控信号与锁存，清零脉冲信号的调试
把主控信号，锁存信号，清零信号分别接到实验箱的发光二极管上，观察三个脉信号是否符合时序要求。
（3）译码显示电路
译码器上有一个端，用来进行测试，当它接“0”时，应显示“8”，当=“1”，按要求显示，如不对，则应检查连接有无错误。
（4）控制计数电路
模拟主控、锁存、清零脉冲信号，加到控制端，观察计数是否符合要求，当锁存信号Y为低电平时，电路将此时计数状态锁存，当请零信号接高电平时计数器清零。
（5）整机联调
如单元电路全部正确，级间联线亦正确，则当转换电路A点接到4分频输出时，显示值应为（901），如读数不符或没有输出，用示波器逐级检查，找出故障部位，然后排除掉。
五、给定IC
CD40106（一片），CD4011（一片），CD4013（一片），CD4518（二片），导线若干。
六、心得体会
通过本次课程设计，使我对红外测速仪的基本原理有了初步的认识，同时也掌握了电子线路设计的基本思想和方法。可根据设计目的和用途确定电路方案，再画出原理图选择所需元器件，然后按原理图上的结构连接电路中的导线，在连接中并调试。使我充分的发挥了自己的想像力，知道而进，不断进取，只有这样才能获得成功。另外在接线时一定要认真，仔细，耐心，且一步一步地检查分析，避免犯错误。总之通过这次课设使我受益匪浅，同时要感谢老师的指导和帮助。
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