安全检测技术课程设计.doc

*学院安全检测技术课程设计课程名称 安全检测技术 班 级 专 业 安全工程 学 号 姓 名 指导教师 环境与市政工程系2012年6月安全检测技术课程设计任务书一、设计时间及地点1.时间：第19周2.地点：9# A4043.人数：81人二、目的与任务本课程设计是在学完安全检测技术之后综合利用所学传感器知识完成一个传感器应用系统设计并在实验室实现。该课程设计的主要任务1.是通过解决一、两个实际问题，巩固和加深对常用传感器的结构、原理、特性的认识和基本知识的理解，提高综合运用课程所学知识的能力。2.培养根据课题需要选学参考书籍，查阅手册、图表和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法。3.通过实际电路方案的分析比较，设计计算，元件选择，安装调试等环节，初步掌握简单传感器电路的分析方法和工程设计方法。4.掌握常用仪器设备的正确使用方法，学会简单传感器控制电路的实验调试和整机指标测试方法，提高动手能力。能在教师指导下，完成课题任务。5.了解与课题有关的电子线路以及元器件工程规范，能按课程设计任务书的要求编写设计说明书，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图等。6.培养严肃认真的工作作风和科学态度。通过课程设计实践，逐步建立正确的生产观点、经济观点和全局观点，获得初步的应用经验，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。三、内容概要传感器课程实践目的是让学生及时掌握和巩固所学的基本原理和基础理论，掌握常用传感器的性能及使用方法；提高学生的动手能力和应用能力；通过有计划的操作和思维完成各种训练，使学生掌握基本实验方法，培养学生的协作精神、动手能力和工程意识；提高学生综合分析问题能力。通过实践课程，学生亲自动手和参与各种传感器的测量和实验，便于其了解和掌握各种传感器的特性、工作原理和使用方法，为其今后的工作和科研打下良好的基础。本课程的主要内容是按照课程实践和实验指导书的要求完成课内各项实验任务及理论设计，进行各种传感测量方法设计和实践，并完成综合实践报告。四、产品计数器利用光敏器件制成的产品计数器，具有非接触、安全可靠的特点，可广泛用于自动化生产线的产品计数，如机械零件加工、输送线产品、汽水、瓶装酒类，还可用米来统计出入口人员的流动情况五、参考资料 1.安全检测技术2.模拟电子技术基础3.自动检测技术4.传感器及应用5.脉冲与数字电路目录一、设计目的与任务5二、基本原理5三、方案设计与选择6四、单元电路设计与参数计算71、信号转换电路72、脉冲整形电路73、器连接电路84、显示系统电路9五系统调试9六设计总结10七参考文献10安全检测技术课程设计一、设计目的与任务本课程设计是在学完安全检测技术之后综合利用所学传感器知识完成一个传感器应用系统设计并在实验室实现。该课程设计的主要任务1.是通过解决一、两个实际问题，巩固和加深对常用传感器的结构、原理、特性的认识和基本知识的理解，提高综合运用课程所学知识的能力。2.培养根据课题需要选学参考书籍，查阅手册、图表和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法。3.通过实际电路方案的分析比较，设计计算，元件选择，安装调试等环节，初步掌握简单传感器电路的分析方法和工程设计方法。4.掌握常用仪器设备的正确使用方法，学会简单传感器控制电路的实验调试和整机指标测试方法，提高动手能力。能在教师指导下，完成课题任务。5.了解与课题有关的电子线路以及元器件工程规范，能按课程设计任务书的要求编写设计说明书，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图等。6.培养严肃认真的工作作风和科学态度。通过课程设计实践，逐步建立正确的生产观点、经济观点和全局观点，获得初步的应用经验，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。二、基本原理 产品在传送带上运行时，不断地遮挡光源到光敏器件间的光路，使光电脉冲电路随着产品的有无产生一个个电脉冲信号。产品每遮光一次，光电脉冲电路便产生一个脉冲信号，因此，输出的脉冲数即代表产品的数目。该脉冲经计数电路计数并由显示电路显示出来。当成品从流过，通过光源和光电二极管组成的特殊计数轨道时，造成瞬时遮光，使用发光电阻其电阻值能随着外界光照强弱（明暗）变化而变化，进而把光信号能够用电压来表示，使用555定时器改装成的施密特触发器对电压信号整形获得比较理想的矩形脉冲波形，送入4个74160并联计数器的计数输入口，计数器能够从0000-9999计数，每个计数器连接一个7448译7448驱动BS201半导体数码管，显示计数，即流过产品的个数。 设计方案方框图三、方案设计与选择使用光电二极管作为信号转换元件，其信号转换电路和整形电路如下当光敏二极管受光源照射时，使BG1导通，BG2跟着导通，BG3截止，BG4截止，BG5导通。当成品从流过，通过光源和光电二极管组成的特殊计数轨道时，造成瞬时遮光，使BG1截止，BG2跟着截止，BG3导通，BG4导通，BG5截止，输出一个正脉冲矩形波，再送给10位计数器计数。本设计为了防止误动作，采用了射极单稳延时电路，保证一个产品只遮光一次，计数正确。但是该方案电路设计复杂，零器件多而散，参数估计困难故采用集成芯片555定时器改装施密特出发电路，直接与光电电阻连接，电路简单，易于实现。四、单元电路设计与参数计算 1. 信号转换电路 光敏电阻器是一种对光敏感的元件，它的电阻值能随着外界光照强弱（明暗）变化而变化。 光敏电阻器在电路中用字母“R”或“RL”、“RG”表示。 从GL3537-1光敏电阻的参数表我们可以看出，光敏电阻在暗光下，电阻很大，在光强是10Lux时候，阻值只有20-30K，而这个环境条件我们能够在计数器轨道上配置，使光敏电阻值的变化符合我们的需求。从而使光信号有效的变为电信号。2. 脉冲整形电路把555定时器改接成施密特触发器，它具有一下特点：输入信号在上升和下降过程中，电路状态转换的输入电平不同；电路状态转换时有正反馈过程，使输出波形边沿变陡。利用这两个特点，不仅能将边沿变化缓慢信号波形整形为边沿陡峭的矩形波，而且可以将叠加在矩形脉冲高、低电平上的噪音有效的清楚。其接法如下图所示： 如上图所示，电路以555为核心，与光敏电阻RG和RP1等组成。RG随光照的强弱呈现不同的阻值，利用555内部的两个比较器的复位和置位特性，便可组成施密特触发器。当光强时，RG呈低阻，2脚呈高电平（2/3Vdd触发电平），555第三脚置低位；当光弱时，RG呈高阻，6脚电瓶低于1/3Vdd阀值电平，第三脚置高位。送出高电平脉冲。使用时，把滑动变阻器RP的阻值调到最大100K，其参数选择100K理由如下光线强时RG的电阻为R1VI=VDD/(RI+Rp1)*Rp1 RI25K RP1=100KRp1/(RI+Rp1) 2/3VDD 即输入高电平，Vo输出低电平。 光线弱时RG的电阻为R2VI=VDD/(RI+Rp1)*Rp1 RI2M RP1=100KRp1/(RI+Rp1)1/3VDD 即输入低电平，Vo输出高电平。3.计数器连接电路 选用十位计数器74LS160 ，其Rd端为0 时所有触发器将同时被置零，而且置零操作不受其他输入端状态的影响。当Rd端为1、Ld端为0时，电路工作在预置数状态。当Rd和Ld端同时为1而EP为0、ET为1时，这时计数器工作在保持状态。如果ET为0，则EP不论为何状态，计数器的状态也将保持不变，但这时进位输出C等于0。当Rd、Ld、EP、ET端皆为1时，电路工作在计数状态，可以利用C其中计数器为四片74160.构成。74160的功能表及外部引脚图如图下4示。端输出的高电平或下降沿作为进位输出信号。上图所示是四个74106并行进位方式连接接法。以第一篇的进位输出C作为第二片的EP和ET输入，当第一片计成（1001）时C变为1，下个CP信号到达第二片时为计数工作状态，计入1，而第一片计成(0000),他的C端回到低电平。第一片的EP和ET恒为1，始终处于计数工作状态。四个74106工作范围为0000-9999.4. 显示系统电路用7448可以直接驱动共阴极的半导体数码管BS201。由7448的输出电路可以看到，当输出管截止，输出为高电平时，流过数码管的电流是有Vcc经1K上拉电阻提供的。当Vcc=5V时候，这个电阻只有2mA左右。 用7448驱动BS201的连接方法图7448七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。 五系统调试在整个电路连接好之后，便可以进行以下方式的调试。对于整个电路，首先用生产线上的一个成品不断遮挡光线，得到一组数据，看所得数据与遮挡次数是否一致，如一致，再对电路进行复位操作（按开关见），看结果是否为0，如是，则符合要求。相同情形试验几次，如都是这样结果，说明一切正常，符合预期结果。说明：现场情况多变，由TTL电路输出电压信号可能不能满足要求，此时可对此输出端电压进行适当放大或缩小，以满足要求。六设计总结 通过这次电子技术课程设计，让我了解了设计电路的程序.通过本次实验设计电路原理图，对protel99se有了深入的了解，能独立完成电路图的绘制，在设计电路图过程中充分了解各芯片和元