光電開關(guān)里程表

1、 目錄課程設計的背景及意義.1設計的基本原理.1設計的基本步驟.4實驗電路實物圖.6設計的結(jié)果.8總結(jié)和結(jié)論.8一、課程設計的背景及意義里程表是日常生活中比較重要的計量儀表之一，尤其是在汽車方面有廣泛的應用。但是由于過去的技術(shù)比較落后，里程表一般都使用機械式或機電式的機構(gòu)。其結(jié)構(gòu)主要由測速電機、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字量/顯示碼轉(zhuǎn)換、顯示轉(zhuǎn)速量和顯示儀表構(gòu)成的。這樣的機構(gòu)雖然原理非常簡單，設計也比較方便，但其缺點也是顯而易見的。如：·機械接觸式設計會影響被測件的正常工作，低速運轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生較大影響·傳動式結(jié)構(gòu)使測量器件壽命變短，間接提高了產(chǎn)品價格，影響其市場占有率·采用測速

2、電機，增加了整個系統(tǒng)的成本降低了測量精度·功率消耗大，無便攜性可言可見，這樣的設計給市場推廣帶來了很大的阻礙，而且降低了測量精度。從而給很難占領(lǐng)市場。然而采用光電傳感器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械或機電式結(jié)構(gòu)進行里程的測量，能夠很容易的就避免了上述的缺點，而且由于精度高，功耗小等優(yōu)點，是很理想里程表新機構(gòu)。二、設計的基本原理1、光電耦合器件的含義和特點1.1光電耦合器件的含義 光電開關(guān)（光電傳感器:photoelectric switch）是光電接近開關(guān)的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關(guān)將輸

3、入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行探測。 在工業(yè)檢測、電信號的傳送處理和計算機系統(tǒng)中，常用繼電器、脈沖變壓器和復雜的電路來實現(xiàn)輸入、輸出端裝置與主機之間的隔離、開關(guān)、匹配和抗干擾等功能。而繼電器動作慢、有觸點工作不可靠；變壓器體積大，頻帶窄，所以它們都不是理想的部件。隨著光電技術(shù)的發(fā)展，70年代以后出現(xiàn)了一種新的功能器件光電耦合器件。它是將發(fā)光器件(LED)和光敏器件(光敏二、三極管等)密封裝在一起形成的一個電光電器件，如下圖所示。圖1：把發(fā)光器件與光敏器件封裝在一起構(gòu)成光電耦臺器件這種器件在信息的傳輸過程中是用光作為媒介把輸入邊和輸出邊的電信

4、號耦合在一起的，在它的線性工作范圍內(nèi)，這種耦合具有線性變化關(guān)系。由于輸入邊和輸出邊僅用光來耦合，在電性能上完全是隔離的。因此，光電耦臺器件的電隔離性能、線性傳輸性能等許多特性，都是從“光耦合”這一基本特點中引伸出來的。故有人把光電耦合器件也稱為光電隔離器或光電耦合器。這些名稱的共同點都是為了突出“光耦合”這一基本特匪，這也是它區(qū)別于其它器件的根本特征。由于這種器件是一個利用光耦合做成的電信號傳榆器件所以一般稱為光電耦合器件。1.2光電耦合器件的特點² 具有電隔離的功能。它的輸入、輸出信號間完全沒育電路的聯(lián)系，所以輸入和輸出回路的電平零位可以任意選擇。絕緣電阻高達10101012歐姆，

5、擊穿電壓高到100一25kv，耦合電容小到零點幾個皮法。² 信號傳榆是單向性的，不論脈沖、直流都可以使用。適用于模擬信號和數(shù)字信號。² 具有抗干擾和噪聲的能力。它作為繼電器和變壓器使用時，可以使線路板上看不列磁性元件。它不受外界電磁干擾、電源干擾和雜光影響。² 響應速度快。一般可達微秒數(shù)量級，甚至納秒數(shù)量級，它可傳輸?shù)男盘栴l率在直流和10MHz之間。² 使用方便，具有一般固體器件的可靠性，體積小，重量輕，抗震，密封防水，性能穩(wěn)定，耗電省，成本低。工作溫度范圍在55+100之間。由于光電耦合器件性能上的優(yōu)點，使它的發(fā)展非常迅速；目前，光電耦臺器件在品種上有

6、8類500多種。它已在自動控制、遙控遙測、航空技術(shù)，電子計算機和其它光電、電子技術(shù)中得到廣泛的應用。1.3 光電耦合器件的重要優(yōu)點之一就是能強有力地抑制尖脈沖及各種噪音等的干擾傳輸信懇中大大提高了信噪比。光電耦合器件之所以具有很高的抗干擾能力，主要有下面幾個原因。 光電耦臺器件的輸入阻抗很低，一般為101k歐姆；而干擾源的內(nèi)阻一般都根大，一般為1K1M歐姆。按一般分壓比的原理來計算，能夠饋送到光電耦合器件輸入端的干擾噪聲就變得很小了。 由于一般干擾噪聲源的內(nèi)阻都很大，雖然也能供給較大的干擾電壓伹可供出的能量卻很小，只能形成很微弱的電流。而光電耦合器件輸入端的發(fā)光二極管只有在通過一定的電流時才能

7、發(fā)光。因此，即使是電壓幅值很高的干擾，由于沒有足夠的能量，不能使發(fā)光二極管發(fā)光，從而被它抑制掉了。 光電耦合器件的輸入輸出邊是用光耦合的，且這種耦合又是在一個密封管殼內(nèi)進行的，因而不會受到外界光的干擾。光電耦合器件的愉入輸出間的寄生電容很小(一般為0.62pF，絕緣電阻又非常大(一般為10111013歐姆)，因而輸出系統(tǒng)內(nèi)的各種干擾噪音很難通過光電耦合器件反饋到輸入系統(tǒng)中去。2、光電耦合開關(guān)光電耦合開關(guān)又分為對射式和反射式兩種，對射式光電耦合開關(guān)的紅外發(fā)射直接照射光敏器件，反射式光電耦合開關(guān)的紅外發(fā)射需要通過開關(guān)前物體擋住從而使紅外光反射到光敏器件上。本實驗使用反射式光電開關(guān)測量運動里程。三、

8、設計的具體步驟1、設計實驗電路下圖為電機調(diào)速電路原理圖：直流電動機的轉(zhuǎn)速與家在電動機兩端的電壓成正比，電壓越高，轉(zhuǎn)速越快。該電路采用電壓反饋方式控制電動機的轉(zhuǎn)速，NE555為比較器工作方式，3腳輸出電壓的占空比受2腳電壓的控制，調(diào)節(jié)W1可以設定電動機的轉(zhuǎn)速。當電動機兩端電壓增大時，其轉(zhuǎn)速超過設定的轉(zhuǎn)速，此時R1上電壓降增大，該壓降饋送到NE555的2腳，則3腳輸出脈沖電壓的占空比減小，即脈沖高電平時間變短，Q1導通時間縮短，加到電動機兩端電壓降低，電動機轉(zhuǎn)速下降，從而保持電動機轉(zhuǎn)速為恒定值。圖2：電機調(diào)速電路原理圖光電開關(guān)電路：R7為紅外發(fā)射管的限流電阻，調(diào)節(jié)W2可以調(diào)節(jié)發(fā)光強弱。R9和W3為

9、光敏器件的負載電阻，調(diào)節(jié)W2可以調(diào)節(jié)探測靈敏度。LED用來指示開關(guān)狀態(tài)。 圖3：光電開關(guān)電路2、設計實驗具體步驟電機驅(qū)動電路輸出“M+”“M-”用連線對應接到電動機的“M+”“M-”，對射式光電開關(guān)的“L+”“L-”“P+”“P-” 用連線對應接到電路上“L+” L-”“P+”“P-”。示波器探頭測量電路輸出“F”“GND”。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)旋鈕“W1”左旋到底，此時電動機不轉(zhuǎn)動。打開電源開關(guān)，調(diào)節(jié)紅外發(fā)射管限流電阻“W2”和光敏器件負載電阻“W3”，用手轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤，直至光電開關(guān)發(fā)射和接收透過轉(zhuǎn)盤時圓孔和被遮住時示波器上顯示高低電平跳變，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)旋鈕“W1”直至電機轉(zhuǎn)動，觀察示波器輸出波形，記錄頻

10、率。計算電機轉(zhuǎn)速。注意轉(zhuǎn)盤上有6個圓孔，轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)動一周產(chǎn)生6個輸出脈沖。計算單位時間內(nèi)電機運行里程，轉(zhuǎn)盤直徑為45mm。實驗完畢，關(guān)閉電源，拆除連線。 圖4：實驗連線圖四、設計的結(jié)果1、示波器顯示輸出波形圖 圖5：實驗結(jié)果1 圖6：實驗結(jié)果2 圖7：實驗結(jié)果32、結(jié)果表格頻率（Hz）轉(zhuǎn)速（r/s）單位時間內(nèi)電機運行里程（m）76.9212.821.81106.817.82.52262.743.736.18412.468.739.71555.692.613.08五、總結(jié)與心得通過本次課程設計實驗，我更加了解了光電傳感器的優(yōu)勢之處，更加深刻的了解了的光電開關(guān)的原理及應用，以及了解了里程表的工作原理。在實驗中靈活使用模型模擬的方法，用小電動機上的小孔的擋光來引起光電開關(guān)的數(shù)據(jù)的改變從而在示波器中引起了波形的變化，從而讓我們直觀的計算出