礦用風(fēng)速傳感器的設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）（說明書）題 目：礦用風(fēng)速傳感器 姓 名： xxx學(xué) 號(hào)：年12月9日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書姓名 xxx專業(yè)任務(wù)下達(dá)日期2 年9月19日設(shè)計(jì)（論文）開始日期2年9月26日設(shè)計(jì)（論文）完成日期2年12月9日設(shè)計(jì)（論文）題目：礦用風(fēng)速傳感器a-編制設(shè)計(jì)b -設(shè)計(jì)專題（畢業(yè)論文）指導(dǎo)教師系（部）主任20年 12月 9 h畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)記錄自動(dòng)化與信息工程系應(yīng)用電子線路（設(shè)計(jì)與應(yīng)用方向）專業(yè),學(xué)生xxx 于20年12月_日進(jìn)行了畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯。設(shè)計(jì)題目：礦用風(fēng)速傳感器專題（論文）題目：礦用風(fēng)速傳感器指導(dǎo)老師：答辯委員會(huì)根據(jù)學(xué)生提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）材料，根據(jù)學(xué)生答辯情

2、況，經(jīng)答辯委員會(huì)討論評(píng)定，給予學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?yōu)?o答辯委員會(huì)人，出席人答辯委員會(huì)主任（簽字）：答辯委員會(huì)副主任（簽字）：答辯委員會(huì)委員：,畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語(yǔ)第 共頁(yè)頁(yè)學(xué)生姓名：xxx專業(yè)年級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：礦用風(fēng)速傳感器評(píng)閱人：指導(dǎo)教師：（簽字）年月日成績(jī)：系（科）主任：（簽字）年月日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）及答辯評(píng)語(yǔ)：目錄摘要1第1章 礦用風(fēng)速傳感器概述21礦用風(fēng)速傳感器的作用21.2礦用風(fēng)速傳感器的安裝位置21.3礦用風(fēng)速傳感器的技術(shù)指標(biāo)21.4礦用風(fēng)速傳感器的分類21.5測(cè)風(fēng)方法31.6測(cè)風(fēng)注意事項(xiàng)41.7各類傳感器性能比較51.8超聲波風(fēng)速傳感器的主要特點(diǎn)6第2章工作原理及

3、設(shè)計(jì)方案72.1工作原理72.1.1卡曼渦街原理72.1.2超聲波旋渦式風(fēng)速傳感器工作原理82.2設(shè)計(jì)方案9第3章各部分電路設(shè)計(jì)113.1屯源屯路的設(shè)計(jì)113.2發(fā)射電路設(shè)計(jì)123.2.1屯感三點(diǎn)式振蕩器123.2.2乙類推挽功率放大屯路143.2.3相關(guān)的計(jì)算153.3超聲波發(fā)射/接收屯路163.4接收屯路的設(shè)計(jì)173.4.1中頻放大電路173.4.2檢波屯路183.4.3低頻放大屯路193.5整形電路的設(shè)計(jì)213.6頻率-屯流裝換屯路的設(shè)計(jì)223.7顯示屯路的設(shè)計(jì)23第4章 風(fēng)速傳感器的應(yīng)用294.1使用前的準(zhǔn)備294.2傳感器接線 4.3風(fēng)速傳感器使用注意事項(xiàng) 34.4維護(hù)與保養(yǎng) 3結(jié)束

4、語(yǔ)32致謝33參考文獻(xiàn)1附錄摘要礦用傳感器是煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的“耳目”，它用于監(jiān)測(cè)煤礦環(huán)境參數(shù)與生產(chǎn)過程參數(shù), 將各種物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是煤炭高產(chǎn)、高效、安全生產(chǎn)的重要保證。世界各主要產(chǎn)煤國(guó)對(duì) 此都十分重視，研制、生產(chǎn)和推廣使用了環(huán)境安全、軌道運(yùn)輸、膠帶運(yùn)輸、提升運(yùn)輸、 供電、排水、礦山壓力、火災(zāi)、水災(zāi)、煤與瓦斯突出、大型機(jī)電設(shè)備健康狀況等監(jiān)控系 統(tǒng)，提高了生產(chǎn)率和設(shè)備利用率，增強(qiáng)了礦山安全。隨著傳感器技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息傳輸技術(shù)的發(fā)展和在煤礦的應(yīng)用， 為適應(yīng)機(jī)械化采煤的需要，礦井監(jiān)控系統(tǒng)由早期的單一參數(shù)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，發(fā)展為多參數(shù) 單方面監(jiān)控系統(tǒng)。這些系統(tǒng)均針對(duì)某一方面

5、的多參數(shù)監(jiān)控，這包括環(huán)境安全監(jiān)控系統(tǒng)、 軌道運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)，膠帶運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)、提升運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)、供電監(jiān)控系統(tǒng)、排水監(jiān)控 系統(tǒng)、礦山壓力監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、水災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、煤與瓦斯突岀監(jiān)控系統(tǒng)、大 型機(jī)電設(shè)備健康狀況監(jiān)控系統(tǒng)等。環(huán)境安全監(jiān)控系統(tǒng)主要用來監(jiān)測(cè)甲烷濃度、一氧化碳濃度、二氧化碳濃度、氧氣濃 度、硫化氫濃度、風(fēng)速、負(fù)壓、濕度、溫度、風(fēng)門狀態(tài)、風(fēng)窗狀態(tài)、風(fēng)筒狀態(tài)、局部通 風(fēng)機(jī)開停、主通風(fēng)機(jī)開停、工作電壓、工作電流等，并實(shí)現(xiàn)甲烷超限聲光報(bào)警、斷電和 甲烷風(fēng)電閉鎖控制等。環(huán)境參數(shù)傳感器包括甲烷、一氧化碳、二氧化碳、溫度、濕度、風(fēng)速、絕對(duì)壓力、 相對(duì)壓力（負(fù)壓）、粉塵、煙霧等傳感器。生產(chǎn)參數(shù)傳感

6、器包括機(jī)電設(shè)備開/停、料位、 皮帶秤重、機(jī)組位置、皮帶打滑、電壓、電流、功率等傳感器。礦用風(fēng)速傳感器在煤礦開采業(yè)中的作用，不可小覷。在煤礦開采時(shí)風(fēng)速的大小直接 影響礦工的生命安全，風(fēng)速太小，有害氣體得不到及時(shí)的稀釋，可能導(dǎo)致爆炸；如瓦斯 爆炸。當(dāng)風(fēng)速太大時(shí)，可能導(dǎo)致粉塵爆炸。因此風(fēng)速傳感器在煤礦開采中至關(guān)重要。主要是將信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲波，利用接收換能器接收經(jīng)過風(fēng)速調(diào)制的信號(hào)。然后經(jīng)過 中頻放大、檢波、低頻放大、整形后得到方波，然后分兩路，一路送給就地顯示，一路 進(jìn)行必轉(zhuǎn)換。第1章礦用風(fēng)速傳感器概述1.1礦用風(fēng)速傳感器的作用礦用風(fēng)速傳感器用于檢測(cè)煤礦井下各坑道、風(fēng)口、主風(fēng)扇等處的風(fēng)速。在煤炭開采

7、的過程中，總有瓦斯涌出。為稀釋礦井空氣中的瓦斯，需不斷地向井下輸送新鮮空氣。 風(fēng)量是通風(fēng)系統(tǒng)的重要參數(shù)之一。因此，對(duì)礦井風(fēng)速的監(jiān)測(cè)是礦井監(jiān)控的主要內(nèi)容之一。1.2礦用風(fēng)速傳感器的安裝位置安裝：風(fēng)速傳感器可安裝在主要測(cè)風(fēng)站和進(jìn)回風(fēng)巷等地。安裝地應(yīng)在距頂板較好無(wú) 明顯淋水，不妨礙運(yùn)輸和行人安全的地方，傳感頭指向應(yīng)與風(fēng)流方向一致。安裝前應(yīng)首 先測(cè)量通道平均風(fēng)速，任選一點(diǎn)安裝，遙控器對(duì)準(zhǔn)傳感器按動(dòng)上、下鍵，使就地顯示為 平均風(fēng)速即可。注意：傳感器安裝一定要牢固，不得擺動(dòng)，傳感器測(cè)風(fēng)面一定要垂直風(fēng) 流方向。1.3礦用風(fēng)速傳感器的技術(shù)指標(biāo)測(cè)量范圍：0. 415m/s測(cè)量誤差：w±0. 3m/s輸

8、出信號(hào)：頻率型200hz1000hz或電流型lma-5ma 工作屯壓：12v-21v(dc)工作電流：90 ma傳輸距離：2km14礦用風(fēng)速傳感器的分類(1) 按傳感器用途可分為環(huán)境參數(shù)傳感器與生產(chǎn)參數(shù)傳感器。(2) 按供電方式可分為自帶電源式傳感器與外接電源式傳感器兩種。(3) 按其輸出信號(hào)形式可分為模擬量、開關(guān)量、累計(jì)脈沖量等。模擬信號(hào)應(yīng)符合 卜列信號(hào)制式：電流模擬信號(hào)為1 -5ma或4 -20ma,頻率模擬信號(hào)為2001000hz或5 15hz。(4) 按作用原理不同可分為：機(jī)械翼式風(fēng)速傳感器、電子翼式風(fēng)速傳感器、熱效 應(yīng)式風(fēng)速傳感器超聲波風(fēng)速傳感器。(5) 按風(fēng)速的測(cè)量范圍可分為高速風(fēng)

9、速傳感器(v10m/s)、屮速風(fēng)速傳感器 (v=0.5m/s l()m/s)、低速風(fēng)速傳感器(v =().3m/s 0.5m/s)15測(cè)風(fēng)方法測(cè)量井巷的風(fēng)量一般要在測(cè)風(fēng)站內(nèi)進(jìn)行，在沒有測(cè)風(fēng)站的巷道中測(cè)風(fēng)時(shí)，要選一段 巷道沒有漏風(fēng)、支架齊全、斷面規(guī)整的直線段進(jìn)行測(cè)風(fēng)?？諝庠诰镏辛鲃?dòng)時(shí)，由于受到內(nèi)外摩擦的影響，風(fēng)速在巷道斷面內(nèi)的分布是不均 勻的1如圖所示。在巷道軸心部分風(fēng)速最大，而靠近巷道周壁風(fēng)速最小，通常所說 的風(fēng)速是指平均風(fēng)速而言，故用風(fēng)表測(cè)風(fēng)必須測(cè)岀平均風(fēng)速。為了測(cè)得巷道斷面上的平均風(fēng)速，測(cè)風(fēng)時(shí)可采用路線法，即將風(fēng)表按圖12所示的路線均勻移動(dòng)測(cè)出斷面上的風(fēng) 速；或者采用分格定點(diǎn)法，如圖13

10、所示，即將巷道斷面分為若干方格，使風(fēng)表在每格 內(nèi)停留相等的時(shí)問，進(jìn)行移動(dòng)測(cè)定，然后計(jì)算出平均風(fēng)速。根據(jù)斷面大小，常用的有9點(diǎn)法、12點(diǎn)法等。圖1-1風(fēng)速流動(dòng)狀態(tài)圖1-2線路法測(cè)風(fēng)圖13定點(diǎn)法測(cè)風(fēng)測(cè)風(fēng)時(shí)，根據(jù)測(cè)風(fēng)員的站立姿勢(shì)不同又分為迎面法和側(cè)身法兩種。迎面法是測(cè)風(fēng)員面向風(fēng)流方向，手持風(fēng)速傳感器，將手臂向正前方伸直進(jìn)行測(cè)風(fēng)。 此時(shí)因測(cè)風(fēng)人員立于巷道中間，阻擋了風(fēng)流前進(jìn)，降低了風(fēng)速傳感器測(cè)得的風(fēng)速。為了 消除測(cè)風(fēng)時(shí)人體對(duì)風(fēng)流的影響，須將測(cè)算的真實(shí)風(fēng)速乘以校止系數(shù)（14）才能得出實(shí)際 風(fēng)速。側(cè)身法是測(cè)風(fēng)人員背向巷道壁站立，手持風(fēng)速傳感器，將手臂向風(fēng)流垂直方向伸直, 然后測(cè)風(fēng)。用側(cè)身法測(cè)風(fēng)時(shí)，測(cè)風(fēng)人員

11、立于巷道內(nèi)減少了通風(fēng)斷面，從而增大了風(fēng)速， 需對(duì)測(cè)風(fēng)結(jié)果進(jìn)行校正，其校正系數(shù)按下式計(jì)算：c s 0.45 =s式中k一一測(cè)風(fēng)校正系數(shù)，s測(cè)風(fēng)站的斷面積（in?）,0.4-測(cè)風(fēng)人員阻擋風(fēng)流的斷面積（n?）。1.6測(cè)風(fēng)注意事項(xiàng)(1) 風(fēng)速傳感器度盤一側(cè)背向風(fēng)流，即測(cè)風(fēng)員能看到度盤；否則，風(fēng)速傳感器指針 會(huì)發(fā)生倒轉(zhuǎn)。(2) 風(fēng)速傳感器不能距人體太近，否則會(huì)引起較大的誤差。(3) 風(fēng)速傳感器在測(cè)量路線上移動(dòng)時(shí)，速度一定要均勻。在實(shí)際工作中，這點(diǎn)常不 被重視，由此引起的誤差是很大的。如果風(fēng)速傳感器在巷道中心部分停留的時(shí)間長(zhǎng)，則 測(cè)量結(jié)果較實(shí)際風(fēng)速偏高；反之，測(cè)量結(jié)果較實(shí)際值偏低。(4) 葉輪式風(fēng)速傳感器

12、一定要與風(fēng)流方向垂直，在傾斜巷道測(cè)風(fēng)時(shí)，更應(yīng)注意。如表 1-1傳感器偏角對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。由表1-1可知偏角10°以內(nèi)時(shí)所產(chǎn)生的誤差可忽略不計(jì)。表1-1傳感器偏角對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響風(fēng)度偏角/(° )風(fēng)表平均讀數(shù)誤差/%0141. 00. 355140.51.4210139. 02.5015137.56. 5020132. 0(5) 在同一斷面測(cè)風(fēng)次數(shù)不應(yīng)小于3,三次測(cè)量結(jié)果的最大誤差不應(yīng)超過5%。(6) 傳感器的量程應(yīng)和測(cè)定的風(fēng)速相適應(yīng)，否則將造成風(fēng)速傳感器損壞或量程不準(zhǔn) 確。(7) 為了減小測(cè)量誤差，一般要求在lmin時(shí)間內(nèi)，使傳感器從移動(dòng)路線的起點(diǎn)到達(dá)終 點(diǎn)。(8) 使用

13、前還應(yīng)注意傳感器的校正有效期。1. 7各類傳感器性能比較表12各類傳感器性能的比較礦用風(fēng)速傳感器的種類優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)精度低，不能直接指示風(fēng) 體積小，質(zhì)量輕，可測(cè)平機(jī)械翼式風(fēng)速傳感器速，不能自動(dòng)遙測(cè)，不能 均速度。測(cè)微風(fēng)。葉片有慣性運(yùn)動(dòng)，所以測(cè)接近開關(guān)式能發(fā)展遙測(cè)，精確度比機(jī) 量值偏大，體枳和質(zhì)量比電子翼式風(fēng)速傳感器"感應(yīng)式）電容式械翼式高，能直接指示瞬 機(jī)械翼式大，構(gòu)造復(fù)雜，時(shí)風(fēng)速。風(fēng)速過高不能測(cè)、風(fēng)速過光電式低也不能測(cè)。熱線式熱敏電阻和熱球的測(cè)值 沒有慣性影響，高低風(fēng)速熱效應(yīng)式風(fēng)速傳感器熱球式呈非線性，受濕度和氣體 均可測(cè)，能發(fā)展遙測(cè)。熱敏電阻式成份的影響。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壽命長(zhǎng)，性能穩(wěn)定，不

14、受風(fēng)流的影響，精超聲波風(fēng)速傳感器度高，風(fēng)速測(cè)量范圍大。通過表中的比較，可以明顯的看到，設(shè)計(jì)傳感器最好的選擇就是超聲波風(fēng)速傳感器。 不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，不受風(fēng)流影響而且精度高，測(cè)量范圍大。1.8超聲波風(fēng)速傳感器的主要特點(diǎn)1. 超聲波旋渦式風(fēng)速傳感器具有如下特點(diǎn)（1）采用超聲波渦街原理具有可動(dòng)部件， 可靠性高介質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。（2）紅外線遙控調(diào)校，避免校止時(shí)干擾流場(chǎng)（3）采用新型 單片微機(jī)和高集成數(shù)字化電路，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，便于維修與調(diào)試（4）外殼采 用全不銹鋼材料-設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了傳感器的抗沖擊和抗腐蝕能力2. 超聲波旋渦式風(fēng)速傳感器具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）無(wú)可動(dòng)部件，無(wú)機(jī)械磨損，性能穩(wěn)定

15、，使用壽命長(zhǎng)；（2）輸出本身就是與風(fēng)速成線性關(guān)系的脈沖頻率信號(hào)，沒有零點(diǎn)漂移，且敏感元 件靈敏度變化不會(huì)直接影響輸出，測(cè)量精度高；（3）輸出信號(hào)不受流體特性（溫度、濕度、壓力、成份、密度、粘度、礦塵等） 影響；（4）響應(yīng)迅速。第2章工作原理及設(shè)計(jì)方案2.1工作原理礦用風(fēng)速傳感器是利用卡曼渦街原理和超聲波旋渦式風(fēng)速傳感器工作原理下面分 別介紹卡曼渦街效應(yīng)和旋渦式風(fēng)速傳感器。2.1.1卡曼渦街原理超聲波旋渦式風(fēng)速傳感器是利用卡曼渦街效應(yīng)設(shè)計(jì)的。在流體中設(shè)置旋渦發(fā)生體（阻 流體），從旋渦發(fā)牛體兩側(cè)交替地產(chǎn)牛有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡曼渦街，如圖2j 所示。旋渦列在旋渦發(fā)牛體下游非對(duì)稱地排列。漩渦發(fā)

16、聲體圖21卡曼渦街效應(yīng)d式中：廣漩渦頻率；尸常數(shù)；圓柱形擋體的s值為0.21；廠未擾動(dòng)流體的速度；乩阻擋體寬度（或直徑）首先將風(fēng)速轉(zhuǎn)換成與風(fēng)速成正比的旋渦頻率，然后通過超聲波將旋渦頻率轉(zhuǎn)換成超 聲波脈沖，后將超聲波脈沖轉(zhuǎn)換成電脈沖，從而測(cè)得風(fēng)速。由于超聲波旋渦式風(fēng)速傳感 器具有壽命長(zhǎng)，易維護(hù)，成本低等優(yōu)點(diǎn)。因此，在礦井監(jiān)控系統(tǒng)中獲得了廣泛應(yīng)用。我們知道，在流動(dòng)的水中，垂直于流向插人一阻擋體，在阻擋體的下游會(huì)產(chǎn)生兩列 內(nèi)旋的互相交替的旋渦。可以證明：在無(wú)限界流場(chǎng)中，垂直流向插入一根無(wú)限長(zhǎng)非流線 形阻擋體，阻擋體的下游將產(chǎn)生兩列內(nèi)旋、互相交替的旋渦，若對(duì)流速、阻擋體截面面 積和形狀作適當(dāng)?shù)南拗?，則

17、旋渦頻率與流速成正比：其旋渦的發(fā)生頻率為/,被測(cè)介質(zhì) 來流的平均速度為v ,旋渦發(fā)生體迎面寬度為，交替產(chǎn)生的漩渦數(shù)通過壓屯元件檢 測(cè)出頻率f ,經(jīng)電子線路檢測(cè)后送給定吋控制器、鎖定寄存器進(jìn)行運(yùn)算處理給顯示電2.1.2超聲波旋渦式風(fēng)速傳感器工作原理：如圖2-2所示。在風(fēng)洞中設(shè)置確旋渦發(fā)生桿（即阻擋體），在阻擋體下方安裝一對(duì) 超聲波發(fā)射器和接收器，當(dāng)流動(dòng)空氣經(jīng)過旋渦發(fā)生桿吋，在其下方產(chǎn)生兩列內(nèi)旋相互交 替的渦旋。由于旋渦對(duì)超聲波的阻擋作用，超聲波接收器將會(huì)收到強(qiáng)度隨旋渦頻率變化 的超聲波，即旋渦沒有阻擋超聲波時(shí)，接收到的超聲波強(qiáng)度最大，旋渦正好阻擋超聲波 時(shí)，接收到的超聲波強(qiáng)度最小。超聲波接收器將

18、接收到的幅度變化的超聲波轉(zhuǎn)換成電信 號(hào)，所經(jīng)過放大、解調(diào)、整形等就可獲得與風(fēng)速成正比的脈沖頻率。按蕩器匹£發(fā)生桿接收換能器輸出電路圖2-2超聲波旋渦式風(fēng)速傳感器工作原理當(dāng)發(fā)生桿一定時(shí)，風(fēng)速越大，形成的卡曼旋渦就越強(qiáng)，對(duì)超聲波束調(diào)制度越大。當(dāng) 風(fēng)速很低時(shí)，會(huì)形不成旋渦。為檢測(cè)較低的風(fēng)速，可以增大發(fā)生桿直徑或提高超聲波接 收器的靈敏度。能產(chǎn)生旋渦的發(fā)生桿直徑與風(fēng)速關(guān)系如圖23所示。人丄031mj8 (m/s)發(fā)生桿直徑冷3圖2-3產(chǎn)生旋渦的發(fā)生桿直徑與風(fēng)速關(guān)系超聲波發(fā)射與接收器的形狀、截面尺寸、相對(duì)位置、堅(jiān)固程度、發(fā)射與接收器偏移 角度等都會(huì)影響靈皺度。超聲波發(fā)射與接收器應(yīng)設(shè)置在其軸線距

19、發(fā)生桿的距離為發(fā)生桿 直徑6倍的地方，以保證線性度。超聲波的工作頻率應(yīng)為140150khz,即高于風(fēng)速 旋渦頻率兩個(gè)數(shù)量級(jí)，但不要過高，過高會(huì)造成超聲波在空氣中傳播時(shí)的嚴(yán)重衰減。2.2設(shè)計(jì)方案礦用風(fēng)速傳感器主要由：電源電路，發(fā)射電路，接收電路，整形電路，頻流轉(zhuǎn)換， 就地顯示組成。超聲波旋渦風(fēng)速傳感器是利用卡曼渦街對(duì)超聲波調(diào)制原理來實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)速 的測(cè)量的。傳感器輸出15ma的直流模擬信號(hào)，其值對(duì)應(yīng)015m/s的風(fēng)速值。并有就 地?cái)?shù)字顯示功能。可直讀風(fēng)速值。與kj1型礦井環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配套使用時(shí)，可對(duì)煤礦井 下的風(fēng)速進(jìn)行遙測(cè)。其測(cè)量范圍0.415m/s°1電源電路：由三端i古i定集成穩(wěn)壓器w

20、和由閘流管scr、穩(wěn)壓管04組成的保護(hù)電 路構(gòu)成。由電源箱供給21v450ma直流電源，經(jīng)本電路穩(wěn)壓后輸出"7直流電壓作為傳 感器的工作電路，當(dāng)0由于某種原因損壞，使輸出電壓大于"7時(shí)，穩(wěn)壓管d"被擊 穿，閘流管sc7?導(dǎo)通電流經(jīng)sc7?流入地，從而實(shí)現(xiàn)就地保護(hù)。2發(fā)射電路：該電路由電感三點(diǎn)式振蕩器（哈特萊電路）和乙類推挽功率放大器組 成。振蕩器產(chǎn)生141.5khz的連續(xù)等幅正弦波，由變壓器輸入端，經(jīng)功率放大后施加到 發(fā)射換能器f上。發(fā)射電壓約"7,發(fā)射功率約200mw.3接收電路：由中頻放大器、檢波器、低頻放大器組成。發(fā)射換能器發(fā)出的超聲波，經(jīng)空氣衰減

21、后，被接收換能器接收，轉(zhuǎn)換能量損失很大, 接收換能器輸出的信號(hào)很微弱，一般只有幾毫伏，為了滿足檢波器的需要，實(shí)現(xiàn)大信號(hào) 檢波而采用了中頻放大器專門對(duì)接收換能器輸出的信號(hào)進(jìn)行放大。中頻放大器由兩級(jí) 厶c選頻放大器組成，放大器的中心頻率為141.5khz,頻帶寬度為3 khz,電壓放大倍 數(shù)為600800倍，輸岀電壓有效值為丿7,當(dāng)輸入端短路時(shí)輸出端最大噪聲電壓不大于 4m vo檢波器將中頻放大器輸出的調(diào)幅信號(hào)中的低頻漩渦信號(hào)檢出送給低頻放大器，檢波 器輸出電壓幅值為5-10 mv,其值隨風(fēng)速增加而增大。低頻放大器采用8fc7型單電源運(yùn)放構(gòu)成兩級(jí)放大器，每級(jí)放大約20倍，頻率范 圍在201200h

22、z,當(dāng)輸入端短路時(shí)，輸出端噪聲電壓不大于1 mv.4. 整形電路：由bg6、eg?兩只硅品體管構(gòu)成，把低頻放大器輸岀的近似正弦波信 號(hào)轉(zhuǎn)換成矩形波，完成波形變換，一路送給就地顯示電路，另一路送給頻率一電流轉(zhuǎn)換 電路。5. 頻率一電流轉(zhuǎn)換電路：由cmos單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器/q、單電源運(yùn)算放大器場(chǎng) 效應(yīng)品體管bgg和硅品體管bg9構(gòu)成。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器疋4輸出脈沖tm由心和c26確定，由施密特整形電路輸入的矩形波 信號(hào)，經(jīng)單穩(wěn)態(tài)電路再次整形后輸出脈寬恒定幅值恒定的矩形脈沖，經(jīng)&3、wd2. r4i. r46、c27分壓濾波后，輸出0直流電壓信號(hào)，完成頻率一電壓轉(zhuǎn)換。輸岀電壓信號(hào) 可以由殆2在小范圍內(nèi)

23、調(diào)整。由/c.s、bg, bga構(gòu)成恒流電路，00為模擬負(fù)載電阻。殆5為采樣電阻，ic5 結(jié)成同相放大工作狀態(tài)，恒流電路將0-1v ft流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成l5ma育流電流信號(hào)， 經(jīng)長(zhǎng)線輸送至礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、電源箱，從而完成頻率一電流轉(zhuǎn)換。6. 就地?cái)?shù)字顯示電路。由cmos定時(shí)控制器/c。十進(jìn)制數(shù)字寄存譯碼器©、 /c9和數(shù)碼管等構(gòu)成。定時(shí)控制器/g由晶體振蕩器sz和rs cso、c3/構(gòu)成晶體振蕩器，產(chǎn)牛32768hz 的振蕩頻率，經(jīng)分頻后，由的,2腳輸til 32hz,占空比為50%的方波信號(hào)作為數(shù)碼 管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。/ce的2、3腳接入尺河、忌7構(gòu)成施密特觸發(fā)器，對(duì)輸入的被測(cè)脈沖進(jìn)行

24、整形，被測(cè)信號(hào)由/c3的2腳輸入。r55、09決定單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的單穩(wěn)時(shí)間，其值應(yīng)取 得比最小輸入信號(hào)周期小些，以免前一個(gè)單穩(wěn)時(shí)間尚未結(jié)束，后一個(gè)輸入信號(hào)又到來。ic7. ic8. icg的鎖定寄存器選通信號(hào)是由疋6的厲腳供給。它是由定時(shí)器的窄脈 沖產(chǎn)牛器產(chǎn)牛的間隔周期為is.脈寬脈沖為1.5x10的負(fù)窄脈沖信號(hào)。ic7. iq、ic9 的清零信號(hào)由/g的11腳供給。它是由定時(shí)控制器的窄脈沖產(chǎn)牛器產(chǎn)牛的間隔周期為 is,脈寬脈沖為1.5x10,的正窄脈沖信號(hào)。被測(cè)脈沖由/c6的腳輸出送給/c7的計(jì)數(shù) 輸入端6腳進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)時(shí)間到/秒鐘時(shí)，選通信號(hào)到來，給/c7/c9鎖定寄存器 解鎖，所測(cè)信號(hào)

25、進(jìn)入譯碼器，顯示器將顯示這/秒鐘的測(cè)量值。選通脈沖后，液晶顯示 器保持測(cè)量值，同時(shí)清零信號(hào)對(duì)計(jì)數(shù)器清零。清零脈沖過后，計(jì)數(shù)器開始下一秒鐘的計(jì) 數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)又到/秒鐘是，選通信號(hào)又到來，鎖定寄存器又解鎖，液晶顯示器顯示新的 測(cè)量值。如此循環(huán)，顯示器將不斷地顯示新的測(cè)量值，其顯示周期為/秒，如圖2-4.圖2-4風(fēng)速傳感器原理框圖第3章各部分電路設(shè)計(jì)3.1電源電路的設(shè)計(jì)電源電路的作用就是為發(fā)射電路，接收電路，整形電路，頻流轉(zhuǎn)換電路提供 電源，為就地顯示電路提供+5/電源；由煤礦電源箱kzw6b提供+2/7電壓；為了得到 + /2a電壓和+5v電壓可以利用三端固定集成穩(wěn)壓器7812和穩(wěn)壓二極管。三端固定

26、輸出集成穩(wěn)壓器通用產(chǎn)品有cw7800系列（正電源）和cw7900系列（負(fù) 電源）。cw7800基本應(yīng)用電路：（75/2）如圖31；uivvin vout wgndcl()33ufo.luflooufc3c2+ uorl-q圖3-1由于輸出電壓決定于集成穩(wěn)壓器，故輸出電壓為"7,最大電流1.5仏 為使電路正 常工作，要求輸入電壓ui比輸出電壓s至少大2.53幾 輸出電容。用以抵消輸入端 較長(zhǎng)接線的電感效應(yīng)，以防止自激振蕩，還可以抑制電源的高頻脈沖干擾。一般取血 luf°輸出端電容g、c3用以改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，消除電路的高頻噪聲，同時(shí)也具有 消振作用。7是保護(hù)二極管，用來防止

27、輸入端短路時(shí)輸出電容c3所存儲(chǔ)電荷通過穩(wěn)壓 器放電而損壞器件。穩(wěn)壓二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導(dǎo)體器件.在這臨 界擊穿點(diǎn)上,反向電阻降低到一個(gè)很小的數(shù)值，在這個(gè)低阻區(qū)中電流增加而電壓則保持 恒定。當(dāng)電壓過高時(shí)要進(jìn)行斷電保護(hù)，還要考慮自激振蕩，故設(shè)計(jì)出圖32。vccgnd圖3-2c八g為電容，用于濾波；c,用以抵消輸入端較長(zhǎng)接線的電感效應(yīng)，以防止自激 振蕩，述可以抑制電源的高頻脈沖干擾，c?用以改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，消除電路的高 頻噪聲，同時(shí)也具有消振作用。心為限流電阻；3、04為穩(wěn)壓管二極管；scr為晶閘 管；0為78/2三端固定集成穩(wěn)壓器。?cc輸岀電壓經(jīng)過g濾波，&q

28、uot;穩(wěn)壓輸岀電壓經(jīng)c?濾波提供給后續(xù)電路，3 穩(wěn)壓得到57電源給顯示電路供電；當(dāng)"出現(xiàn)故障，輸出電壓高于時(shí)穩(wěn)壓管04被擊 穿，晶閘管scr導(dǎo)通，電流經(jīng)04和scr流入地，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)。3.2發(fā)射電路設(shè)計(jì) 3.2.1電感三點(diǎn)式振蕩器振蕩器的組成部分：放大器、正反饋電路和選頻網(wǎng)絡(luò)。放大器能對(duì)振蕩器輸入端所 加的輸入信號(hào)予以放大使輸出信號(hào)保持恒定的數(shù)值。正反饋電路保證向振蕩器輸入端提 供的反饋信號(hào)是相位相同的，只有這樣才能使振蕩維持下去。選頻網(wǎng)絡(luò)則只允許某個(gè)特 定頻率心能通過，使振蕩器產(chǎn)生單一頻率的輸出。正弦波振蕩器按照選頻網(wǎng)絡(luò)所用的元件可以分成lc振蕩器、rc振蕩器和石英 品體振蕩器

29、三種。石英品體振蕩器有很高的頻率穩(wěn)定度，只在要求很高的場(chǎng)合使用。在 一般家用電器中，大量使用著各種厶c振蕩器和rc振蕩器。振蕩電路的作用：是一種能量轉(zhuǎn)換裝置一將直流電能轉(zhuǎn)換為具有一定頻率的交流 電能。其構(gòu)成的電路叫振蕩電路（能夠產(chǎn)生振蕩電流的電路叫做振蕩電路。）振蕩器能不能振蕩起來并維持穩(wěn)定的輸出是由以下兩個(gè)條件決定的；一個(gè)是反饋電 壓"和輸入電壓要相等，這是振幅平衡條件。二是"和必須相位相同，這是相位平衡條件，也就是說必須保證是正反饋。一般情況下，振幅平衡條件往往容易做到， 所以在判斷一個(gè)振蕩電路能否振蕩，主要是看它的相位平衡條件是否成立。電感三點(diǎn)式振蕩電路的特點(diǎn)是：頻率

30、范圍寬、容易起振，但輸出含有較多高次調(diào)波， 波形較差。它的振蕩頻率是：，其中fo = - l=l + l2 + 2m。常用于產(chǎn)牛幾 十兆赫以下的正弦波信號(hào)。17tlc厶c振蕩器的選頻網(wǎng)絡(luò)是厶c諧振電路。它們的振蕩頻率都比較高，常見電路有3 種。（1）變壓器反饋厶c振蕩電路（2）電容三點(diǎn)式振蕩電路（3）電感三點(diǎn)式振蕩電路 振蕩電路中的放大器都是用的共發(fā)射極電路。共發(fā)射極接法的振蕩器增益較高，容 易起振。也可以把振蕩電路中的放大器接成共基極電路形式。共基極接法的振蕩器振蕩 頻率比較高，而且頻率穩(wěn)定性好；故設(shè)計(jì)擊由電感三點(diǎn)式振蕩器（哈特萊電路）圖33r2輸入+ 12vrl圖33電感三點(diǎn)式振蕩器電感三

31、點(diǎn)式振蕩電路的特點(diǎn)是：頻率范圍寬、容易起振，但輸出含有較多高次調(diào)波, 波形較差。常用于產(chǎn)牛幾十兆赫以下的正弦波信號(hào)。電感線圈l1和l2是一個(gè)線圈"點(diǎn)是中間抽頭。如果設(shè)某個(gè)瞬間集電極電流減小, 線圈上的瞬時(shí)極性如圖所示，反饋到發(fā)射極性對(duì)地為正，圖中三極管是共基極接法，所 以使發(fā)射結(jié)的凈輸入減小，集電極電流減小，符合正反饋的相位條件。晶體管的輸入電 壓和反饋電壓是同相的，滿足相位平衡條件的，因此電路能起振。由于晶體管的3個(gè) 極是分別接在電感的3個(gè)點(diǎn)上的，因此被稱為電感三點(diǎn)式振蕩電路。27；為濾波網(wǎng)絡(luò)；r4、r5、&組成分壓式偏置電路；c“為交流旁路電容；g為隔直 電容；三極管bg

32、,為振蕩管；厶八厶2和g組成并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)“大電容畫為導(dǎo)線, 小電容不變；大電感開路，小電感保持；電阻省略的原則”畫出交流通路圖3-4：gnd圖3-4電感三點(diǎn)式振蕩器的交流通路3.2.2乙類推挽功率放大電路圖35乙類推挽功率放大電路（2）工作原理（令 %（耐=0，即（p=90 ° ） 完成兒、t2兩管輪流工作7乃完成電流波形上下合成在正弦信號(hào)激勵(lì)下，巾八ib2、ici、ic2均為半個(gè)止弦波，ucel、為沅整止弦 波0772 : 7導(dǎo)通,門截止，產(chǎn)生上半個(gè)正弦波心，心通過r厶；772乃截止，門導(dǎo)通，產(chǎn)生下半個(gè)正弦波心，心通過r厶；在一個(gè)周期內(nèi)在r厶上合成一個(gè)完整的正弦波。由厶c振蕩

33、器產(chǎn)生145khz正弦波，經(jīng)過乙類推挽功率放大器放大后由發(fā)射換能器 轉(zhuǎn)換為超聲波發(fā)射出去。3.2.3相關(guān)的計(jì)算厶c振蕩頻率是：,其中l(wèi)=l1 + l2 + 2m o 2mc起振條件：振幅起振條件：auf > 1相位起振條件：屮“ +屮/=2刃龍(n=0,1,2,3)平衡條件：振蕩平衡條件：auf = 1,相位平衡條件：屮a + f = 2n7t (n=0,1,2,3)au：放大倍數(shù)；f反饋系數(shù)。auuouiujuo厶c振蕩頻率是:12兀lc3.3超聲波發(fā)射/接收電路1. 超聲波發(fā)射接收頭壓電陶瓷超聲波換能器，壓電陶瓷超聲波換能器體積小，靈敏 度高、性能可靠、價(jià)格低廉，是遙控、遙測(cè)、報(bào)警等

34、電子裝置最理想的電子器件、用此 換能器構(gòu)成的超聲波遙控開關(guān)，可使家電產(chǎn)品、電子玩具加速更新 換代，提高市場(chǎng)競(jìng) 爭(zhēng)能力。2. 技術(shù)參數(shù)發(fā)射距離.8/0米 發(fā)射角度:3060靈敏度：>-70db / v/ ubar諧振頻率：4okhz±1khz （ucmt40k1 發(fā)射用）40khz土 1khz （ ucmr40ki 接收用）頻帶寬：2khz土0.5khz外形尺寸：/16mm ><22.5mm3. 使用環(huán)境溫度20 °c+ 60 v相對(duì)濕度：20 ±5 6寸達(dá)98%4. 使用注意事項(xiàng)兩接線腳焊接時(shí)間不宜過長(zhǎng)，以免器件內(nèi)之焊點(diǎn)溶化脫焊及造成底座與接線腳

35、之間 松動(dòng)，不宜與腐蝕性物質(zhì)接觸由777、"2組成正反饋回授振蕩器。電路的振蕩頻率決定于反饋元件的t40-16, 其諧振頻率為40khz±2khzo頻率穩(wěn)定性好，不需作任何調(diào)整，并由t40-16作為換能 器發(fā)出40khz的超聲波信號(hào)。電感厶/與電容c2調(diào)諧在"0m/z起作諧振作用。本電路 適應(yīng)電壓較寬（3i2q ,且頻率不變。電感采用固定式，電感量5.1 mh.整機(jī)工作電 流約25mao發(fā)射超聲波信號(hào)大t* 8mo9013x2r2 5 1 ()1 oouf圖37 40khz超聲波信號(hào)的發(fā)射電路單穩(wěn)式超聲波接收器電路原理圖，超聲波換能器r40-16諧振頻率為40kh

36、z,經(jīng)r40-j6選頻后， 將40khz以外的干擾信號(hào)衰減，只有諧振于40khz的有用信號(hào)（發(fā)射機(jī)信號(hào)）送入pt/7門組成 的高通放大器放大，經(jīng)c5, 檢出直流分量，控制vt4f 7厲組成的電子開關(guān)帶動(dòng)繼電器k工作。 由于該電路僅作單路信號(hào)放大，當(dāng)發(fā)射機(jī)每發(fā)射一次超聲波信號(hào)時(shí)，接收機(jī)的繼電器吸合一次（吸 合時(shí)間同發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)時(shí)間相同），無(wú)記憶保持功能?？捎米鳠o(wú)線遙控?cái)z象機(jī)快門控制、兒童玩 具控制、窗簾控制等。電路中777的阻200, ft2的阻150,英他元件自定。電路不需調(diào)試即可工 作。如靈敏度和抗干擾不夠，可檢查三極管的0值與電容q的容量是否偏差太大。經(jīng)實(shí)測(cè)，配合相 應(yīng)的發(fā)射機(jī)，遙控距離

37、可達(dá)8加以上。在室內(nèi)因墻壁反射，故沒有方向性。電路工作電壓37,靜態(tài)電流小于10ma.r20.5kvi40.0 lufr5510r6l68kr7ez100r3510 c32000vd2vt19018x2vt24r8510vt5c42000c60.02uf1c7loouf、 1 -r40-16c2r4o.oluf510r1 - 510k（；nd圖3-8彳0彩超聲波信號(hào)的接收電路3.4接收電路的設(shè)計(jì)3.4.1屮頻放大電路發(fā)射換能器發(fā)出的超聲波，經(jīng)空氣衰減后，被接收換能器接收，轉(zhuǎn)換能量損失很大, 接收換能器輸出的信號(hào)很微弱，一般只有幾毫伏，為了滿足檢波器的需要，實(shí)現(xiàn)大信號(hào) 檢波而釆用了屮頻放大器專門

38、對(duì)接收換能器輸出的信號(hào)進(jìn)行放大。屮頻放大器由兩級(jí) 厶c選頻放大器組成，放大器的屮心頻率為141.5khz,頻帶寬度為3 khz,電壓放大倍 數(shù)為600800倍,輸出電壓有效值為當(dāng)輸入端短路時(shí)輸出端最大噪聲電壓不大于 4m vo中頻放大器是由兩級(jí)厶c選頻放大器組成，s為接收換能器；q為隔肓電容尺八 皿2為分壓電阻，調(diào)節(jié)兩者的比值，就可以獲得bg4的基極正偏電壓值。r3、c9和心5、c用來改善電路的溫度穩(wěn)定性。輸入+ 12vc8cmisrl 1c12b3_ir16c13o! c o i c輸出放人信號(hào)gndr12r13c9c:<rc10<j4 r415(gnd1bg5 gndgnd圖3

39、-9屮頻放大電路3.4.2檢波電路檢波電路的作用是從調(diào)幅波屮取出低頻信號(hào)。它的工作過程正好和調(diào)幅相反。檢 波過程也是一個(gè)頻率變換過程，也要使用非線性元器件。常用的有二極管和三極管。另 外為了取出低頻有用信號(hào)，還必須使用濾波器濾除高頻分量，所以檢波電路通常包含非 線性元器件和濾波器兩部分。下面圖310舉二極管檢波器為例說明它的工作。covd調(diào)幅波u0音頻輸出輸入c圖3-10二極管檢波電路圖3-10是一個(gè)二極管檢波電路。vd是檢波元件，c和是低通濾波器。當(dāng) 輸入的已調(diào)波信號(hào)較大時(shí)，二極管vd是斷續(xù)工作的。正半周時(shí)，二極管導(dǎo)通，對(duì)c 充電；負(fù)半周和輸入電壓較小時(shí)，二極管截止，c對(duì)放電。在7?兩端得到

40、的電壓包含的頻率成分很多，經(jīng)過電容c濾除了高頻部分，再經(jīng)過隔肓流電容的隔肓流 作用，在輸出端就可得到還原的低頻信號(hào)。gnd圖3-11檢波電路檢波電路：即二極管包絡(luò)檢波(3-11)。由二極管和7?c低通濾波電路組成。二極 管導(dǎo)通時(shí)，輸入信號(hào)向c充電，截止時(shí)c向r放電，再輸入信號(hào)作用下，二極管不斷 重復(fù)導(dǎo)通和截止，直到充放電達(dá)到平衡，輸出信號(hào)跟蹤了輸入信號(hào)的包絡(luò)。檢波器將中頻放大器輸出的調(diào)幅信號(hào)中的低頻漩渦信號(hào)檢出送給低頻放大器，檢波 器輸出電壓幅值為5-10 mv,其值隨風(fēng)速增加而增大。3.4.3低頻放大電路如圖3-12所示為單電源低電壓帶通濾波電路。圖3-12單屯源低屯壓帶通濾波電路該電路采用

41、單電源運(yùn)算放大器8fc7構(gòu)成二階帶通濾波器，電源電壓范圍可從3v 到307。在決定各元件數(shù)值時(shí)，首先確定帶通濾波器的中心頻率，再按下表選用合適 的電容c(c=c=c2)。然后選定0值。0值是代表選頻特性的一個(gè)參量，0值高，通帶 就窄。當(dāng)時(shí)，可得每倍頻程40必的頻率響應(yīng)特性。但0值太大，電路穩(wěn)定性差。 一般0值選擇小于"。閉環(huán)增益k,應(yīng)保證在不失真前提下得到盡可能大的輸出幅度。 一般kf小于zo圖3-13低頻放大電路如圖3-13所示，低頻放大器釆用8fc7型單電源運(yùn)放構(gòu)成兩級(jí)放大器，每級(jí)放大 約20倍，頻率范圉在2()i2()()hz,當(dāng)輸入端短路時(shí)，輸出端噪聲電壓不大于1 mv.3.

42、5整形電路的設(shè)計(jì)gzd圖3-14整形電路整形電路。由bg&、eg?兩只硅晶體管構(gòu)成，把低頻放大器輸出的近似正弦波信號(hào) 轉(zhuǎn)換成矩形波，完成波形變換如圖3-15, 一路送給就地顯示電路，另一路送給頻率一 電流轉(zhuǎn)換電路。u 43-15波形圖3.6頻率-電流裝換電路的設(shè)計(jì)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器©的作：f/v轉(zhuǎn)換電路如圖3-16所示，其工作原理是：利用輸入脈沖 f的上升沿（或下降沿）觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器對(duì)應(yīng)每一個(gè)輸人脈沖的上升 沿（或下降沿）都有一個(gè)恒定寬度的脈沖輸岀，并且輸岀脈沖頻率與輸人脈沖頻率相等。 該脈沖經(jīng)化濾波器濾波后，電壓隨輸人脈沖頻率的增大而增大，從而將頻率信號(hào)轉(zhuǎn) 換電壓

43、信號(hào)。各點(diǎn)波形如圖3-16b所示。(b)圖3-16整形波r51歩itflllelga養(yǎng)isgnd圖3-17 f/i轉(zhuǎn)換電路頻率一電流轉(zhuǎn)換電路。由cmos單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器/c4、單電源運(yùn)算放大器/c5、場(chǎng)效 應(yīng)晶體管bgs和硅晶體管bgg構(gòu)成。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖砒由人42和c26確定，由施密特整形電路輸入的矩形波 信號(hào)，經(jīng)單穩(wěn)態(tài)電路再次整形后輸出脈寬恒定幅值恒定的矩形脈沖，經(jīng)r43、和2、局八 局6、分壓濾波后，輸出0,7宜流電壓信號(hào)，完成頻率一電壓轉(zhuǎn)換。輸出電壓信號(hào) 可以由殆2在小范圍內(nèi)調(diào)整。由/c5、bg&、bg9、構(gòu)成恒流電路，殆 為模擬負(fù)載電阻。為采樣電阻，ic5 結(jié)成同相放大工作

44、狀態(tài)，恒流電路將0-1v ft流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成l-5ma育流電流信號(hào)， 經(jīng)長(zhǎng)線輸送至礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、電源箱，從而完成頻率一電流轉(zhuǎn)換。37顯示電路的設(shè)計(jì)顯示電路是由cd4511即（bcd鎖存/7段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器），cd4518 （雙bcd同 步加計(jì)數(shù)器），led顯示屏構(gòu)成。x.cd4511是bcd鎖存/7段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器，常用的顯示譯碼器件圖3-18vcc f g a b c d e|161514 1312li 109cd45111v123 ji567 8111ala2lt b：lea3 a4 gnii圖3-18七段鎖存-譯碼-驅(qū)動(dòng)器cd4511cd4511是專用于將二-十進(jìn)制代碼（bcd）轉(zhuǎn)換成

45、七段顯示信號(hào)的專用標(biāo)準(zhǔn)譯碼 器，它由4位鎖存器，7段譯碼電路和驅(qū)動(dòng)器三部分組成。cd4511引腳功能：bi： 4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)刃=0時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)是怎么樣的，七段 數(shù)碼管都會(huì)處于消隱也就是不顯示的狀態(tài)。le：鎖定控制端，當(dāng)厶時(shí)，允許譯碼輸出。厶時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài), 譯碼器輸出被保持在le=0時(shí)的數(shù)值。厶八3腳是測(cè)試信號(hào)的輸入端，當(dāng)bi=1, lt=o時(shí)，譯碼輸出全為/，不管輸入dcba 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮全部顯示。它主要用來檢測(cè)數(shù)7段碼管是否有物理?yè)p壞。a1.昇2、力3、幻、為8421bcd碼輸入端。°、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平/有效。

46、cd4511的里面有上拉電阻，可育接或者接一個(gè)電阻與七段數(shù)碼管接口。數(shù)字電路cd4511的原理（引腳及功能）cd4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極led （數(shù)碼管）顯示器的bcd碼一七段碼譯碼 器，特點(diǎn)：具有bcd轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的cmos電路能提 供較大的拉電流。可直接驅(qū)動(dòng)厶eq顯示器。cd4511是一片cmos bcd鎖存/7段譯碼/驅(qū)動(dòng)器，引腳排列如3-18圖所示。 其中a、b、c、d為bcd碼輸入，a為最低位。厶t為燈測(cè)試端，加高電平時(shí)，顯 示器正常顯示，加低電平時(shí)，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點(diǎn)亮，以檢查顯 示器是否有故障。刃為消隱功能端，低電平時(shí)使所有筆段

47、均消隱，正常顯示時(shí)，b1 端應(yīng)加高電平。另外cd4511有拒絕偽碼的特點(diǎn)，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過十進(jìn)制數(shù)9（1001）時(shí), 顯示字形也自行消隱。厶e是鎖存控制端，高電平時(shí)鎖存，低電平時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。g是 7段輸出，可驅(qū)動(dòng)共陰厶q數(shù)碼管。另外，cd4511顯示數(shù)“6”時(shí)，。段消隱；顯示 數(shù)“9邛寸加段消隱，所以顯示6、9這兩個(gè)數(shù)時(shí),字形不太美觀一般由cd4511和 配合而成一位計(jì)數(shù)顯示電路，若要多位計(jì)數(shù)，只需將計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)，每級(jí)輸出接一只 cd4511和led數(shù)碼管即可。所謂共陰led數(shù)碼管是指7段led的陰極是連在一 起的，在應(yīng)用中應(yīng)接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來選取，電源電壓刃時(shí)可使用300q 的限流電阻

48、。cd4511的工作原理cd4511的工作真值表如表3-1表31 cd 4511的真值表輸入輸出lebilidcbaabcdcfg顯示xx0xxxx11111118x01xxxx0000000消隱0110000111111000110001011000010110010110110120110011111100130110100011001140110101101101150110110001111160110111111000701110001111111801110011110011901110100000000消隱01110110000000消隱01111000000000消隱01111

49、010000000消隱01111100000000消隱0111111000000消隱1111xxxx鎖存(2) .鎖存功能譯碼器的鎖存電路由傳輸門和反相器組成，傳輸門的導(dǎo)通或截止由控制端le的電 平狀態(tài)。當(dāng)le為“0”電平導(dǎo)通，八三截止；當(dāng)le為“1”電平時(shí)，0刁截止，tg2 導(dǎo)通，此時(shí)有鎖存作用。(3) .譯碼cd4511譯碼用兩級(jí)或非門擔(dān)任，為了簡(jiǎn)化線路，先用二輸入端與非門對(duì)輸入數(shù) 據(jù)乩c進(jìn)行組合，得出氏範(fàn)葩荒四項(xiàng)，然后將輸入的數(shù)據(jù)a. d起用或非門譯 碼。(4) 消隱刃為消隱功能端，該端施加某一電平后，迫使b端輸出為低電平，字形消隱。 消隱輸j" j的電平為j= bcd-bi

50、= (c+b) d+bi如不考慮消隱項(xiàng)，便得戶(b+c) d據(jù)上式，當(dāng)輸入bcd代碼從1010-1111時(shí)，丿端都為“廠 電平，從而使顯示器 中的字形消隱。2. cd4518是一個(gè)雙bcd同步加計(jì)數(shù)器，由兩個(gè)相同的同步4級(jí)計(jì)數(shù)器組成。cd4518引腳功能(管腳功能)如下：1cp、2cp：時(shí)鐘輸入端。icr、2cr：清除端。1en、2en：計(jì)數(shù)允許控制端。lqoiqs :計(jì)數(shù)器輸出端。20o2 :計(jì)數(shù)器輸出端。v(ki'正電源。%：地。1234567xclock avddenable a reset bq1aq4bq2aq3bq3aq2bq4aq1breset a enable bvss

51、clockb161514131211109圖3-19cd4518同步加計(jì)數(shù)器cd4518是一個(gè)同步加計(jì)數(shù)器，在一個(gè)封裝中含有兩個(gè)可互換二/十進(jìn)制計(jì)數(shù)器， 其功能引腳分別為/7和9".該cd4518計(jì)數(shù)器是單路系列脈沖輸入q腳或2腳; 9腳或m腳），"路bcd碼信號(hào)輸出（3腳6腳；腳"腳）。cd4518控制功能：cd4518有兩個(gè)時(shí)鐘輸入端cf和en,若用時(shí)鐘上升沿觸發(fā)，信 號(hào)由cp輸入此時(shí)en端為高電平1,若用時(shí)鐘下降沿觸發(fā)，信號(hào)由en輸入，此時(shí)cp端 為低電平0,同時(shí)復(fù)位端c也保持低電平0,只有滿足了這些條件時(shí)，電路才會(huì)處于計(jì)數(shù) 狀態(tài)否則沒辦法工作。將數(shù)片cd4

52、518串行級(jí)聯(lián)時(shí)，盡管每片cd4518屬并行計(jì)數(shù)，但就整體而言已變成 串行計(jì)數(shù)了。需要指出，cd4518未設(shè)置進(jìn)位端，但可利用做輸出端。有人誤將第一 級(jí)的端接到第二級(jí)的cp端，結(jié)果發(fā)現(xiàn)計(jì)數(shù)變成“逢八進(jìn)一” 了。原因在于04是在 作用下產(chǎn)生正跳變的，其上升沿不能作進(jìn)位脈沖，只有其下降沿才是“逢十進(jìn)一” 的進(jìn)位信號(hào)。正確接法應(yīng)是將低位的色端接高位的en端，高位計(jì)數(shù)器的c尸端接uss.r52c z z 6ic3 -/ o匚1 m/zp*9 00141 u. 1 1n圖3-20顯示電路如圖3-20,定時(shí)控制器/c6由晶體振蕩器sz和r56、c30、c."構(gòu)成晶體振蕩器，產(chǎn)生32768hz的振蕩頻率，經(jīng)分頻后，由/c6的,2腳輸出32hz,占空比為50%的方波信號(hào)作為數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)如圖3-21 o的2、3腳接入&八忌7構(gòu)成施密特觸發(fā)器,對(duì)輸入的被測(cè)脈沖進(jìn)行整形，被測(cè)信號(hào)由1c3的2腳輸入。u i111t11 1 1 1 1 111i1°1 111111111111111111/1/auith /n、ix.ijtt、 !/7z/11!111 1 1 1 1