红外线数字转速表

上饶职业技术学院 红外线数字转速表的设计 摘要 红外线数字转速表是一种代替机械转速表、用来测量转动速率的计量仪表。红外线数字转速表采用的红外探头有直射式和反射式两种。 从原理上讲，任何一种电子数字式速度表都可以视为一个频率计，可用一只频率计先测出某一信号的频率，然后用此频率计测量该信号的频率，调节电位器使被测信号频率与频率计所测频率数一致。若找不到标准频率计可采用交流电源变压器。红外数字转速表可由频率计，秒脉冲电路以及计数控制门等组成。 关键字 计数器、译码器、频率器 1 ① 红外线数字转速表采用的红外线探头有射式和反射式两种。直射式探头发光管和受光管安装在被测物体的两边，发光管射出的光线直接照射到受光管上。当被测物体运动时，阻挡光线，产生计数信号。这种探头经常用于光电计数。反射式探头发光管和受光管安装在被测物体的同侧，当探头接近物体时，接收到红外线的脉冲信号，用它测量转速比较方便。测量转速的探头根据测量距离可心采用透镜系统；也可以不采用透镜系统。当被测物体距深头15cm以内时，无需采用透镜。设计探头时，可采用小功率发光管5GL和光敏受光管3DU5C。 测量转速的探头经常用透镜系统。根据光学的折射反射原理，发管和接收管都固定在探测架上，通过透镜聚焦。在探测架中间用半透膜使发射的红外线向转动体折射，而且又能使从转动物体反射回来的红外线通过半透膜射向接收管。透膜好涂一层只能透过某个单色波长的物体。或用单色性很好的滤色玻璃制作，使它只能透过固定波长的红外线（例如0.93um），这样对抗杂散光的干扰更有利。 为了提高红外线的反射能力，通常在转动物体上贴上一小片红外线反射纸，这样反射效果极好。有时用镜面、铝箔、洁白平滑的纸、白油溙等也能提高反射性能。当转动物体转到使反射纸恰好对着从发光管的红外线时，接收管接收到光信号，从单位时间内收到的光信号的次数便可测出转速。 方案② CC40110集成电路逻辑图和引出端功能如图（1）。A～g为驱动输出端，和7段显示器连接；R为清零端，R＝1时，计数器清零；CPu是加法计数器钟，CPD是减法计数时钟；QCO输出进位脉冲破，QBO输出借位脉冲；TE为触发器使能端，TE＝0时计数器工作，TE＝1时，计数器外于禁止状态（即不计数）；LE为锁存控制端，LE＝1时，计数器锁存。 CPU 预 计 译 驱 a 处 数 码 动 ：： CPD 理 器 器 器 g 器 QCO 控 QBO 制 LE 器 TE R 图（1）CC40110逻辑图 图（2）CC40110引出端功能图 图（3）的工作原理 该电路由一只四一二输出端与非门电路CD4011组成一个多谐振荡器。和其他用此电路组成的振荡器的不同之处是：该电路由D1、D2和C1、RP1组成一个振荡器，用RP1来调节振荡器的振荡频率；用D2、D3和C2、RP2组成别一个振荡器，用RP2来调整它的振荡脉宽。两个振荡器共用一个与非门D2，但工作互不影响。 电路中，当C2选用560pF时，C1选用三种不同的容量时，其振荡频率与脉宽见表（1）。 图（3） 频率和脉宽可独立调整的脉冲信号源 振荡频率与脉宽表（1） C1/F Tp/ms Fmin/Hz Fmax/Hz 33n 0.01(最小) 140 10k 33n 0.4(最大) 70 1k 0.1u 0.01(最小) 100 500 0.1u 0.4(最大) 20 500 1u 0.01(最小) 20 5k 1u 0.4(最大) 2 2k 表（2）CD4553的功能表 输入 输出 WR CLK DIS LE L L L 不变 L L L 进位 L × H × 不变 L H L 进位 L H SHAPE \* MERGEFORMAT L 不变 L L × × 进位 L × × SHAPE \* MERGEFORMAT 锁存 L × × H 锁存 H × × L Q=0 图（4）CD4553管脚功能介绍 2 电路原理及原理图 红外线数字转速表的电路原理框图如图（5）所示。为了使红外线转速表避免可见光干扰系统可以设置振荡器和波型变换电路，使发射的红外线通过脉冲功率放大和调制。当受光管收到脉冲信号后，电路把调制发光管的脉冲信号和被受光管接收的脉冲信号选通出来。收到的光电信号，必须对调制脉冲实行解调，从中取得真正的转速输出信号，然后将解调的输出信号送入计数控制门计数。 秒脉冲电路可以得到1HZ的秒脉冲信号，通过1s的脉宽就是转速表的取样 时间，也是计数控制门的输入信号。 为了在测量过程中只让显示数字在每次测量结束后自动改变一次数据，要对计数显示“锁存”，所以电路需要一个延时１锁存信号；在计数器测量一次转速后，使计数器自动清零，故设置延时２电路，以提供延时清零脉冲。 计数、锁存、译码显示电路用于完成光电转速表的转速数据显示。 秒脉冲电路 1秒脉宽电路 延时1 显示 计数、锁存、译码 延时2 红外线探头及 光电转换电路 计数控制门 图(5)红外线数字转速表的电路原理框图 图（6）红外线数字转速表的设计的总电路图 该电路由四位显式计数器、门控脉冲发生器和速度检测脉冲输入电路组成。四位数字显示式计数器由一只四位一十进制计数集成电路CD4533和一只七段数码译码驱动电路CD4511及二位数码显示管组成。CDE4533虽然只有Q0～Q3一组二一进制码输出端，但它有三个分时输出控制端为：DS1、DS2和DS3.通过译码驱动器和显示器，显示出三位十进制数。CD4511是一只七段字形译码驱动器，它能将输入的二一进制码转换为数码笔段向数码管输出，使其将数码显示出来。在CD4533中，除了数码输出端Q0～Q3和分时控制端DS1～DS3外，还有个计数脉冲输入端C P、一个锁存控制端LE，高电平时执行锁存，低电平时执行送数。一个时钟抑制端DIS高电平时禁止计数脉冲输入，从而可以使已输入的数据得以保留。一个清零端R，高电平时清零。一个计数溢出端OF，当计数器计满3000后变为0000时，该端输出一个进位脉冲，为多级连接提供方便。当转度检测脉冲从它的输入端12输入时，就会通过内部电路的计数、译码，由数码管显示出来，所显示的数字即为被测转度，它的最大计数与显示数值为3000. 当转度检测脉冲输出电路由红外管发射器和红外接收一脉冲信号转换器、脉冲整形电器组成。当有轮辐从红外接收管之间通过，发射光被遮断一次，红外接收管产生一个脉冲信号，VT1将红外接收管产生的脉冲信号加以放大后，由电极输出，通过施密特触发器D6整形后加至计数器的脉冲输入端12. 5 小结 红外数字转速表秒脉冲电路和处理器、计数器、译码器及频率计等组成的。速度检测脉冲输出电路由红外管发射器和红外接收一脉冲信号转换器、脉冲整形电路组成。电路可用集成块CD4533并通过译码驱动器和显示器来显示出三位十进制数再用CD4511将输入的二一十进制转换为数码笔段向数码管输出，使其将数码显示出来，从而构成了一个数字转速表。 6 参考目 6.1 黄定永 主编 电子线路实验与课程设计 北京 机械工业出版社 2005、8 6.2 高吉祥和全国大学生电子设计竞赛培训系列教程 北京 电子工业出版社 2000 附录 红外线数字转速表的设计总电路图 元件