光电转速里程测量模块设计

课程设计课程名称光电子学课程设计题目名称光电转速里程测量模块设计专业班级11光信息科学与技术学生姓名唐伟学号51105020029指导教师曾爱云二○一四年十二月二十九日蚌埠学院数学与物理系课程设计任务书课程光电子学课程设计学生姓名唐伟指导教师曾爱云题目光电转速里程测量模块设计完成时间主要内容设计报告要求1．封面：（学校统一模板）2．课程设计任务书3．课程设计报告：⑴摘要和目录⑵正文（主要原理及公式、设计电路图、软件模拟程序及设计结果等）⑶心得体会和参考资料说明：学生完成课程设计后，提交课程设计报告及设计图或软件，文字不少于3500字，并装订成册。设计时间安排参考资料[1]韩兵.光电控制系统技术与应用(第一版).电子工业出版社.2009.[2]张广军.光电测试技术与系统(第一版).京航空航天大学出版社.2010.[3]王庆友.光电技术（第三版）.电子工业出版社.2013.[4]杨帮文.新型接近开关和光电开关实用手册(第一版).电子工业出版社.2009.学生签名：指导教师签名：教研室主任签名：系主任签名：版面要求1.目录格式：标题“目录”（三号、黑体、居中）；章标题（四号字、黑体、居左）；节标题（小四号字、宋体、居左）；页码（小四号字、居右）2.页边距：上2.5cm，下2.5cm，左2.5cm，右2cm，页眉1.5cm，页脚1.75cm，左侧装订；3.字体：章标题，四号字、黑体、居中；节标题，小四号字、黑体、居左；4.正文用小四号宋体，行距为1.5倍行距；页码：底部居中，五号；目录摘要............................................................................................................................................................1绪论............................................................................................................................................................2一、设计的基本原理........................................................................................................................31、光电耦合器件的含义和特点.......................................................................................................31.1光电耦合器件的含义....................................................................................................................31.2光电耦合器件的特点....................................................................................................................41.3光电耦合器件抗干扰能力强的原因...........................................................................................42、光电耦合开关.................................................................................................................................5二、设计的具体步骤........................................................................................................................51、设计实验电路.................................................................................................................................52、设计实验步骤.................................................................................................................................6三、设计的结果..................................................................................................................................7四、总结与心得..................................................................................................................................8五、参考资料.......................................................................................................................................91摘要光电转速里程测量主要是利用光电耦合器件（光电传感器）进行探测，利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的.光电耦合器件的输入信号与输出信号具有很好的线性关系,信噪比比较高,传输信号具有单方向性,抗干扰能力强等诸多优点.正是如此,在测速方面比一般的机械或者机电式结构的测量方法更加优越,其中光电耦合器件又分为对射式和反射式两种,本实验使用对射式光电开关测量运动里程。2绪论里程表是日常生活中比较重要的计量仪表之一，尤其是在汽车方面有广泛的应用。但是由于过去的技术比较落后，里程表一般都使用机械式或机电式的机构。其结构主要由测速电机、模/数转换、数字/显示码转换、显示仪表构成的。这样的机构虽然原理非常简单，设计也比较方便，但其缺点也是显而易见的。如：·机械接触式设计会影响被测件的正常工作，低速运转时会产生较大影响。·传动式结构使测量器件寿命变短，间接提高了产品价格，影响其市场占有率。·采用测速电机，增加了整个系统的成本降低了测量精度。·功率消耗大，无便携性可言。可见，这样的设计给市场推广带来了很大的阻碍，而且降低了测量精度，从而很难占领市场。然而采用光电传感器件代替传统的机械或机电式结构进行里程的测量，能够很容易的就避免了上述的缺点，而且由于精度高，功耗小等优点，是很理想的里程表新器件。3一、设计的基本原理1、光电耦合器件的含义和特点1.1光电耦合器件的含义光电开关（光电传感器:photoelectricswitch）是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。在工业检测、电信号的传送处理和计算机系统中，常用继电器、脉冲变压器和复杂的电路来实现输入、输出端装置与主机之间的隔离、开关、匹配和抗干扰等功能。而继电器动作慢、有触点工作不可靠；变压器体积大，频带窄，所以它们都不是理想的部件。随着光电技术的发展，70年代以后出现了一种新的功能器件——光电耦合器件。它是将发光器件(LED)和光敏器件(光敏二、三极管等)密封装在一起形成的一个电—光—电器件，如下图所示。图1：把发光器件与光敏器件封装在一起构成光电耦台器件这种器件在信息的传输过程中是用光作为媒介把输入边和输出边的电信号耦合在一起的，在它的线性工作范围内，这种耦合具有线性变化关系。由于输入边和输出边仅用光来耦合，在电性能上完全是隔离的。因此，光电耦台器件的电隔离性能、线性传输性能等许多特性，都是从“光耦合”这一基本特点中引伸出来的,故有人把光电耦合器件也称为光电隔离器或光电耦合器。这些名称的共同点都是为了突出“光耦合”这一基本特点，这也是它区别于其它器件的根本特征。由于这种器件是一个利用光耦合做成的电信号传输器件,所以一般称为光电耦合器件。41.2光电耦合器件的特点○1具有电隔离的功能。它的输入、输出信号间完全没有电路的联系，所以输入和输出回路的电平零位可以任意选择。绝缘电阻高达1010～1012错误!未找到引用源。，击穿电压高到100～25kv，耦合电容小到零点几个皮法。○2信号传输是单向性的，不论脉冲、直流都可以使用。适用于模拟信号和数字信号。○3具有抗干扰和噪声的能力。它作为继电器和变压器使用时，可以使线路板上没有磁性元件。它不受外界电磁干扰、电源干扰和杂光影响。○4响应速度快。一般可达微秒数量级，甚至纳秒数量级，它可传输的信号频率在直流和10MHz之间。○5使用方便，具有一般固体器件的可靠性，体积小，重量轻，抗震，密封防水，性能稳定，省电，成本低。工作温度范围在－55℃～+100℃之间。由于光电耦合器件性能上的优点，使它的发展非常迅速。目前，光电耦台器件在品种上有8类500多种。它已在自动控制、遥控遥测、航空技术，电子计算机和其它光电、电子技术中得到广泛的应用。1.3光电耦合器件抗干扰能力强的原因光电耦合器件之所以具有很高的抗干扰能力，主要有下面几个原因。○1光电耦台器件的输入阻抗很低，一般为10～1k错误!未找到引用源。；而干扰源的内阻一般都巨大，一般为1K～1M错误!未找到引用源。。按一般分压比的原理来计算，能够馈送到光电耦合器件输入端的干扰噪声就变得很小了。○2由于一般干扰噪声源的内阻都很大，虽然也能供给较大的干扰电压．但可供出的能量却很小，只能形成很微弱的电流。而光电耦合器件输入端的发光二极管只有在通过一定的电流时才能发光。因此，即使是电压幅值很高的干扰，由于没有足够的能量，不能使发光二极管发光，从而被它抑制掉了。○3光电耦合器件的输入～输出边是用光耦合的，且这种耦合又是在一个密封管壳内进行的，因而不会受到外界光的干扰。5○4光电耦合器件的输入～输出间的寄生电容很小(一般为0.6～2PF)，绝缘电阻又非常大一般为（1011～1013错误!未找到引用源。)，因而输出系统内的各种干扰噪音很难通过光电耦合器件反馈到输入系统中去。2、光电耦合开关光电耦合开关又分为对射式和反射式两种，对射式光电耦合开关的红外发射直接照射光敏器件，反射式光电耦合开关的红外发射需要通过开关前物体挡住从而使红外光反射到光敏器件上。本实验使用反射式光电开关测量运动里程。二、设计的具体步骤1、设计实验电路①下图为电机调速电路原理图：供电电压为6V。本电路调节可调电阻W1输出频率在500~5KHz之间变化。脉冲占空比在1/4~1/5之间变化。直流电动机的转速与加在电动机两端的电压成正比，电压越高，转速越快。该电路采用电压反馈方式控制电动机的转速，NE555为比较器工作方式，3脚输出电压的占空比受2脚电压的控制，调节W1可以设定电动机的转速。D1、D2、C1、C2、R1、R2、W1、IC1NE555组成脉宽可调节的脉冲发生器，调节电位器W1可以使IC1NE555输出的脉冲宽度改变。输出脉冲经过