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2.设计的作用和目的通过这样的一个装备实现对流水线的物体的数量做统计,实现智能控制,提高生产效率和降低人工成本,实现产业化和利润的最大化除了可以应用于流水线上产品数量的测量,还可以广泛应用于测量停车场、宾馆、饭店、商场、超市、博物馆、展览观、车站、码头、银行等场所的人员或物品的数量及流通数量通过这个设计过程,学习新的知识,熟悉软件的使用,增加团队的合作,掌握电路设计的思维和方法最主要的是学习研究过程的严谨精神,同时整合自己学习的知识
3.方案设计和仿真
(1)系统概述利用物体通过时,遮挡住光源,然后利用光敏传感器实现光电的转化,然后通过放大和稳压电路,获得计数的脉冲信号通过计数器实现统计数量的加减然后通过显示电路显示在数码管上,完成对通过管道数据的统计原理框图如下
(二)单元电路设计与分析
1.电源部分电路设计中用到了计数器、译码器等COMS器件,其工作电压为DC5V,故需设计电源模块,将市电转换成可用电压一般直流稳压电源主要由变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路组成变压器——由于7805的输入电压范围是7V-15V采用220V/9V小型变压器,则7805的输入电压范围是9×
1.2=11V,满足7805输入电压要求整流桥——采用2W10/2A桥滤波电路——滤波器电容的选择主要看电流,也就是要看RL负载的大小根据经验,用耐压至少10V/100uF-1000uF的电解电容滤波稳压电路——采用7805稳压电路,参照7805的应用电路图,选择CI=
0.33uFCo=
0.1uF电路图如下
2.光电发射接收电路开始时打算使用做光敏电阻作为测量的感应器,但是光敏电阻受温度的影响很大,再者响应速度不快,在ms到s之间,延迟时间受入射光的光照度影响而光敏二极管的反应速度在ns之内,所以反应速度远远大于光敏传感器所以决定用光敏传感器因为在Multisim中没有光敏二极管,所以用图中R2代替来仿真因为在无光照时,电路断开,所以用大电阻表示,常态为100%的状态因为所以根据图可以知道,发光二极管的正向电压为
2.4V,正向电流为Imax1=20mA又因为所以根据图可以知道,选择2DUA系类Umax=3VImax2=IL=6μ综上选择V1=
2.4v,所以R3=V1/Imax1=
2.4/20*1000=120Ω因为忽略了二极管的压降,所以直接使用R3=120Ω所以R1=V1/Imax12=
2.4/6*1000000=400K仿真结果图中明确的可以看出,在变位器(光敏电阻无光)阻值变小时,可以产生稳定的方波
3.信号处理电路因为光敏二极管的电阻和光强的关系,所以产生的方波信号的幅值是不一样的且相对较小的,所以在信号处理的过程中,需要考虑到信号防干扰和信号的稳压设计的电路图如下当Ui0时,UO=UOH=UZ;当Ui0时,UO=UOL=-UZ因为考虑到微小的光强变化和电路的噪音信号影响产生的信号脉动,所以在微小的信号变动不当做检测物体的信号变化,所以选择比较信号V1=
0.4v根据稳压二极管的参数因为我们需要的稳定电压为5v所以选择1N5993;又因为Imax=83mA所以选择R4=500KΩ仿真利用输入三角函数信号,在示波器上显示,是否出现稳定的方波信号如果出现则是可以实现稳压和除杂的作用仿真结果图:结果分析产生的稳定电压为
3.98V,而且能够产生稳定的方波图,所以这个放大稳定电路图还是可以处理好检测物体时候产生的检测信号
4.计数和显示电路通过74LS192十进制可逆计数器,把进入管道的信号作为计数加法端的信号,管道输出端的信号作为减法端的信号,然后把得到的数值结果输送到74LS48四线七段译码器中进行译码,再把信号发送到共阴极七段数码管中,把数值显示出来然后通过数码管和计数器的级联,实现多位数的计数和显示计数器的种类有很多,同时既有加法计数和减法计数的计数器也有74LS
192、CC
40192、74LS168等所以我选择74LS192因为74LS192不仅仅可以实现加法,减法和可逆计算,同时还能存储数据输出的为四位的二进制代码可以和很多译码器连接组成计算显示系统电路图74LS192的功能表其中为了把十六进制作为十进制的计数器使用,使用了置零法进行变化,转化的电路图如下为了实现十位的计数,把个位计数器的B0和C0端分别接入到十位计数器的UP和DOWN的信号端因为当信号溢出时,BO端会产生一个方波信号的上升沿,当信反向溢出时,(当为零时,DOWN端产生上升沿),CO产生信号上升沿仿真为了仿真的简便,我只使用了一位数码管,然后其他的可以通过级联即可达到多位数的计数和显示这样不仅仅可以简化仿真过程,还能提高仿真的效率这样可以把每一位的显示封装,适合大量的生产和加工可以给消费者得到使用的方便和位数选择自由利用函数信号发生器产生的方波作为信号源,在方波的作用下,显示的数字会逐渐的变化所以这个计数显示电路是可以实现功能的
5.整体电路与调试电路图组合成标准电路图后,通过改变电位器的阻值,可以实现数字的加减法计算,对于光强的变化不可能影响光敏电阻的变化那么明显或者一致性,但是理论是还是可以完成这个目的的4.标准设计方案电路图如下电路包括光电发射接收电路、反相短路、信号互锁电路、计数/译码/显示电路和辅助电源电路五部分1)原理方框图2)各个模块的电路(a).光电发射接收电路电路图如下该部分电路采用ST168作为核心器件,当有工件经过ST168时,便会产生脉冲没有物体经过时,ST168内部为通路,输出为高电平有物体经过时,输出为低电平(b.信号处理电路电路图如下4069反相器4069芯片对信号进行反相,以便有物体经过ST168时,输入到74LS74的是高电平互锁电路下面是互锁电路的引脚说明,通过触发信号和控制信号的不同,达到互锁的作用即Y1和Y2分别接D1的CK1和CLR1(c).计数.译码.显示电路通过互锁电路的信号,加在40110的加减信号端口上,在40110上进行加减然后译码输出,在数码管上显示出来5.元器件清单元器件清单元器件序号型号封装数量备注P
1、P2ST168HDR1X42R
1、R32220ΩR
2、R4220kΩR511kΩR61510Ω导线数根红线和黑线4069CD4069VBEDIP141CT74LS74HD74LS74APDIP14140110CD40110BEDIP161C
1、C4极性电容
24.7μFC
2、C3瓷片电容
20.1μFU2L7805CVTO220ABN1SWTL36WW150501DLED016.PCB板在画PCB连接时,开始使用自动布局和布线乱成一团后来通过自己一个元件一个元件的添加,然后自己手动布线,得到以上的布线图但是截图有点小,可能比较模糊在布线的过程中,应该尽量的合理安排布局,减少甚至不出现跳线7.硬件的制作和调试
1.接上电源后,LED和数码管都不亮,所以判断为辅助电源出现问题,检查发现,接地端没有接的严密导致不导电,重新焊接好后,LED亮
2.之后无论如何调试数码管都不亮,检查之后发现共阴极数码管,老师错发了共阳极数码管,找老师更换,被拒绝,自己去电子城购买共阴极数码管之后,数码管可以显示
3.调试过程中,发现数码管的G始终不亮,检查电路发现无误利用万用表测量,发现电阻始终为无穷大,所以确定为该段击穿,但是没有多余的元件,所以不更换,答辩过程和老师说明
4.减法计数功能无法实现,所以检查st168,发现该零件损坏,更换之后功能正常
5.数码管显示不稳定,用万用表检测每一条通路,发现有2个接触不良,重新焊接后,问题解决8.总结和体会
1.电路设计和仿真过程通过该过程,自己是图书馆查询资料和网上查找,学到了不少知识,而且通过MULTISIM仿真,熟悉了该软件的应用而且知道了设计电路是应该具备的细心和完全的考虑不能太过理想虽然结果的标准的差别很大,但是收获还是很大
2.画pcb板的过程熟悉了protel画原理图和制作PCB的功能同时知道了如何自己封装电子元件在自动布线和布局是会很混乱的,所以应该耐心的更改位置,达到尽量美观和少用跳线
3.焊接过程这一阶段尤其要注意电子元件的极性,在连接电路的时候应该尽量的美观而且不能使靠近的线相互触碰还有芯片的引脚连接要该注意引脚的编号和对应的连接还有如数码管等容易烧坏的元件应该尽量减少焊接的时间最后如果焊接错误,应该小心去除焊锡,不能使铜片掉了,否则基本上很难连上遇到这种情况,我是在该孔添加一小段的连接线,效果还是不错的总而言之,电子设计没想象中那么容易,不仅仅是因为它综合了很多的知识和技能的使用更是对我们学生考试心态到科学设计的跨越过程的一个挑战科学设计没有60分,只有100分和0分,所以必须每一步,每一个过程都要求严谨的心态9.成品展示电路板的正面电路板的背面这个在调试过程中可以实现我们需要的功能,但是反应还是不够灵敏而且唯一的缺憾是,一开始的时候很多次都是出现“9”,而不是“0”.十.参考文献【1】李树雄.电路基础和模拟电子技术.北京航空航天出版社【2】安兵菊.电子技术基础实验及课程设计.机械工业出版社【3】江思敏.陈明.PROTEL电路设计教程.清华大学出版社零件计数(74LS192)稳压电路光电发生电路译码(74LS48),显示(七段共阴极数码管)电路计数\译码\显示电路40110及数码管信号互锁电路74LS74双D触发器信号处理电路4069反相器光电发射接受电路ST168反射式红外光电传感器。