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1、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：摘要和目录正文（主要原理及公式、设计电路图、软件模拟程序及设计结果等）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。版面要求1.目录格式：标题“目录”（三号、黑体、居中
2、）；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；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
3、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：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9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
4、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。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
5、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。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:photoelectric switch）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
6、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
7、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。1.2光电耦合器件的特点具有电隔离的功能。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10101012，击穿电压高到10025kv，耦合电容小到零点几个皮法。信号传输
8、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。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。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。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
9、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。 光电耦台器件的输入阻抗很低，一般为101k；而干扰源的内阻一般都巨大，一般为1K1M。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。 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。 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
10、扰。光电耦合器件的输入输出间的寄生电容很小(一般为0.62PF)，绝缘电阻又非常大一般为（10111013)，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5005KHz之间变化。脉冲占空比在1/41/5之间变化。直流电动机的转速与加在电动机两端的电
11、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R3、R4、R5、Q1、Q2驱动电机工作。D3、C5消除电机产生的反电动势，保护三极管Q2。C4用于电源滤波。图2：电机调速电路原理图图2：电机调速电路原理图光电开关电路：R1为红外发射管的限流电阻，R2为光敏器件的负载电阻，LED用来指示开关状态。 LM393双电压比较器，引脚
12、2输入电压恒定为2.5V，引脚3的输入电压受U3（红外接收器）的控制。当被遮住时,U3反向截止，电阻无穷大，即引脚3的输入电压大于2.5V，D1输出端为高电平“1”。当透过时，U3导通，引脚3输入电压远小于2.5V，D1输出端为低电平“0”。图3：光电开关电路2、设计实验步骤连接实验电路，电机调速模块接6V直流电源，光电开关模块接5V直流电源。并将电机上的转码盘放入对射式光电耦合开关内（光电发射器发射的光可透过转盘上的空隙）。示波器探头测量电路输出D1端。 转速调节旋钮“W1”左旋到底，此时电动机不转动。打开电源开关，用手转动转盘，直至光电开关发射和接收透过转盘时空隙和被遮住时示波器上显示高低
13、电平跳变，调节转速调节旋钮“W1”直至电机转动，观察示波器输出波形，记录频率。计算电机转速。注意转盘上有20个空隙，转盘每转动一周产生20个输出脉冲。计算单位时间内电机运行里程，转盘周长为85mm。实验完毕，关闭电源，拆除连线。三、设计的结果图4：实物效果总览图5：电机调速与光电开关实物四、总结与心得通过这次实验我认识到理论与实践结合的道理，而且理论和知识一定要丰富，除了本专业的知识，还要了解其他专业的知识，这就是所谓的边缘科学。专业与专业之间是有交叠的部分。并且我认识到大一，大二基础学科的重要性，所谓九层之台，起于垒土；千里之行，始于足下；不积小流，无以成江海；不积跬步，无以至千里；只有夯实
14、基础，才能做更高的研究。 这次课程设计，是我们所学知识的总结与应用，在这个过程中，发现自己很多的不足。首先是知识方面，在与理论结合方面，要有丰富的理论。有的人说，大学知识不重要，只有实践才是最重要的，纸上谈兵，说一些大道理没用。而我认为实践还是要有理论作为支撑的。其次是对待问题的态度，应该改掉一些想投机，马虎的心态。 从小学到初中，到高中再到大学，在这个求学的道路上，有这么一句话伴随着我们“态度决定成败”。首先要有良好的心态，脚踏实地，做事情要一丝不苟。对每一个问题，每一个细节都要弄明白，“差不多”这个字眼不能在实验中，不能在课程设计中。现在我们做的每件事都是在为将来打基础，所以养成良好的心态
15、，就代表你已经成功了一半 在课程设计中，我们会遇到很多问题，一方面我们可以上网，去图书馆等查找资料，最重要的是，同学之间互相讨论，现在团队合作很重要，不仅仅是在课程设计中如此，在将来，在研究中，在企业里，团队精神都要深入我们每个人的心中。其中最重要的一点就是同学之间会有不同的观点，想法，要互相包容，互相采纳。五、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.
