課程設(shè)計(jì)--傳感器物體檢測電路設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　1.課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2</p><p><b>　　2.電路原理圖4</b></p><p><b>　　3.設(shè)計(jì)思路4</b></p><p><b>　　4.元件清單6</b><

2、;/p><p>　　5.主要元件介紹7</p><p>　　5.1 超聲波傳感器7</p><p>　　5.2 NE5557</p><p>　　5.3 LM3939</p><p>　　5.4 LM2907芯片10</p><p><b>　　6.電路調(diào)試12</b&g

3、t;</p><p>　　6.1電路調(diào)試結(jié)果（實(shí)物）12</p><p>　　6.2 電路調(diào)試電壓及波形13</p><p><b>　　7.個(gè)人體會15</b></p><p><b>　　8.參考文獻(xiàn)16</b></p><p><b>　　1.課程設(shè)計(jì)

4、任務(wù)書</b></p><p>　　《傳感器原理與檢測技術(shù)》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p>　　題目：物體檢測電路的制作</p><p><b>　　一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　超聲波傳感器是利用超聲波作為信息傳遞媒介的傳感器，本課題是利用超聲波傳感器來檢測物體的存在。電路由三部分組成：以5

5、55振蕩電路作為超聲波傳感器的驅(qū)動電路，以LM393芯片作為超聲波傳感器的接受電路,以LM2907N芯片把傳感器接受到的頻率信號轉(zhuǎn)化成電壓信號并是發(fā)光二極管發(fā)光。</p><p><b>　　二、課程設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　通過本次課程設(shè)計(jì)使學(xué)生掌握：1）了解超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理；2）利用超聲波傳感器監(jiān)測物體的存在；3）掌握電子電路實(shí)際調(diào)試技巧。

6、從而提高學(xué)生系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試能力。</p><p><b>　　三、課程設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1、當(dāng)有物體存在時(shí)，發(fā)光二極管熄滅；</p><p>　　2、當(dāng)沒有物體存在時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)光。</p><p><b>　　四、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>

7、;　　1、發(fā)射電路、接受電路、轉(zhuǎn)化電路的設(shè)計(jì)；</p><p><b>　　2、電路的調(diào)試；</b></p><p>　　3、電路原理圖中元件清單。</p><p>　　五、課程設(shè)計(jì)報(bào)告要求</p><p>　　報(bào)告中提供如下內(nèi)容：</p><p><b>　　1、目錄</b>

8、;</p><p><b>　　2、正文</b></p><p>　?。?）課程設(shè)計(jì)任務(wù)書；</p><p>　?。?）總體設(shè)計(jì)方案；</p><p>　?。?）原理圖（可手畫也可用protel軟件）；</p><p>　?。?）調(diào)試、運(yùn)行及其結(jié)果；</p><p><

9、;b>　　3、收獲、體會</b></p><p><b>　　4、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　六、課程設(shè)計(jì)進(jìn)度安排</p><p>　　七、課程設(shè)計(jì)考核辦法</p><p>　　本課程設(shè)計(jì)滿分為100分，從課程設(shè)計(jì)平時(shí)表現(xiàn)、課程設(shè)計(jì)報(bào)告及課程設(shè)計(jì)答辯三個(gè)方面進(jìn)行評分，其所占比例分別為20%、4

10、0%、40%。</p><p><b>　　2.電路原理圖</b></p><p>　　圖一 超聲波傳感器物體檢測電路</p><p><b>　　3.設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　圖一所示的是使用直接檢測方式檢測物體的電路。</p><p>　?、?用NE55作為發(fā)

11、射用超聲波傳感器的驅(qū)動電路</p><p>　?、?用LM393制作接收電路 </p><p>　?、?用LM2907進(jìn)行信號處理</p><p>　　LM393的輸出端連接在了轉(zhuǎn)速計(jì)用的集成電路LM2907N上。由于在LM2907N的內(nèi)部有F-V（頻率-電壓）轉(zhuǎn)換電路和比較器電路，所以就變成了頻率輸入。這么一來，LM393的矩形波輸出

12、就變得非常方便了。</p><p>　　圖五所示是LM2907N的內(nèi)部電路，表是它的電學(xué)特性。在LM393的輸出電壓為“L”電平時(shí)，LM2907N的輸入就不足。這時(shí)，在LM2907N的第11號引腳Vin-上就只有約為0.6V的二極管正向電壓降作為偏執(zhí)電壓，這正好與LM393的電壓振幅相吻合。</p><p>　　LM2907N的F-V（頻率-電壓）轉(zhuǎn)換電壓Vout為</p>

13、<p>　　Vout=Vcc*fin*C4R1</p><p>　　該電壓與集成電路LM2907N內(nèi)部的電壓比較器進(jìn)行比較后輸出。在圖一所示的電路參數(shù)的情況下，當(dāng)Fin=40KHz時(shí)，輸出滿刻度電壓(12V)。那么，如果在比較器的第10號腳OP-輸入比較電壓Vcc/2=6V，在20KHz以上時(shí)，比較器就會導(dǎo)通，發(fā)光二極管發(fā)光。也就是說，通常在沒有物體遮擋超聲波的情況下，接收用的超聲波傳感器MA40A3R

14、中會有40KHz的頻率輸入。</p><p><b>　　4.元件清單</b></p><p><b>　　5.主要元件介紹</b></p><p>　　5.1 超聲波傳感器</p><p>　　超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的

15、激勵(lì)下發(fā)生振動產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波對液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此超聲波檢測廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學(xué)等方面。 </p><p>　　以超聲波作為檢測手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是

16、超聲波傳感器，習(xí)慣上稱為超聲換能器，或者超聲探頭。 </p><p>　　超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。小功率超聲探頭多作探測作用。它有許多不同的結(jié)構(gòu)，可分直探頭（縱波）、斜探頭（橫波）、表面波探頭（表面波）、蘭姆波探頭（蘭姆波）、雙探頭（一個(gè)探頭反射、一個(gè)探頭接收）等。</p><p><b>　　圖二 超聲波傳感器</b>&l

17、t;/p><p><b>　　5.2 NE555</b></p><p>　　NE555是屬于555系列的計(jì)時(shí)IC的其中的一種型號，555系列IC的接腳功能及運(yùn)用都是相容的，只是型號不同的因其價(jià)格不同其穩(wěn)定度、省電、可產(chǎn)生的振蕩頻率也不大相同；而555是一個(gè)用途很廣且相當(dāng)普遍的計(jì)時(shí)IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈波訊號。 </p&g

18、t;<p>　　a. NE555的特點(diǎn)有： </p><p>　?。?）只需簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時(shí)作用。其延時(shí)范圍極廣，可由幾微秒至幾小時(shí)之久。 </p><p>　?。?）它的操作電源范圍極大，可與TTL，CMOS等邏輯閘配合，也就是它的輸出準(zhǔn)位及輸入觸發(fā)準(zhǔn)位，均能與這些邏輯系列的高、低態(tài)組合。 </p><p>　?。?）其輸

19、出端的供給電流大，可直接推動多種自動控制的負(fù)載。 </p><p>　?。?）它的計(jì)時(shí)精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價(jià)格便宜。 </p><p>　　b.NE555引腳位配置說明如下： </p><p>　　NE555接腳圖： </p><p>　　圖三NE555的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　Pin 1 (接地)——地線

20、(或共同接地) ，通常被連接到電路共同接地。 </p><p>　　Pin 2 (觸發(fā)點(diǎn))——這個(gè)腳位是觸發(fā)NE555使其啟動它的時(shí)間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于2/3 VCC，下緣須低于1/3 VCC 。 </p><p>　　Pin 3 (輸出)——當(dāng)時(shí)間周期開始555的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結(jié)束輸出回到O伏左右的低電位。于高電位時(shí)的最大輸出電流大約20

21、0 mA 。 </p><p>　　Pin 4 (重置)——一個(gè)低邏輯電位送至這個(gè)腳位時(shí)會重置定時(shí)器和使輸出回到一個(gè)低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。 </p><p>　　Pin 5 (控制)——這個(gè)接腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當(dāng)計(jì)數(shù)器經(jīng)營在穩(wěn)定或振蕩的運(yùn)作方式下,這輸入能用來改變或調(diào)整輸出頻率。 </p><p>　　Pin 6 (重置鎖定)——P

22、in 6重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當(dāng)這個(gè)接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC以上時(shí)啟動這個(gè)動作。 </p><p>　　Pin 7 (放電)——這個(gè)接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當(dāng)輸出為ON時(shí)為LOW，對地為低阻抗，當(dāng)輸出為OFF時(shí)為HIGH，對地為高阻抗。 </p><p>　　Pin 8 (V +)——這是555個(gè)計(jì)時(shí)器IC的正電源電壓端。供應(yīng)電壓的范圍是+4

23、.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。 </p><p><b>　　參數(shù)功能特性： </b></p><p>　　(1)供應(yīng)電壓4.5-18V </p><p>　　(2)供應(yīng)電流3-6mA </p><p>　　(3)輸出電流225mA(max) </p><p>　　(4)上升/下降時(shí)間

24、100ns </p><p>　　c.NE555的相關(guān)應(yīng)用: </p><p>　　NE555的作用范圍很廣，但一般多應(yīng)用于單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器（Monostable Mutlivibrator）及無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器(Astable Multivibrator)。</p><p><b>　　5.3 LM393</b></p><

25、p>　　LM393 是雙電壓比較器集成電路。 </p><p>　　比較器數(shù):2 ；工作溫度范圍:0°C to +70°C； </p><p>　　工作電源電壓范圍寬，單電源、雙電源均可工作，單電源： 2～36V，雙電源：±1～±18V； </p><p>　　消耗電流小:ICC=0.8mA； </p>&

26、lt;p>　　輸入失調(diào)電壓小:VIO=±2mV； </p><p>　　共模輸入電壓范圍寬:VIC=0～VCC-1.5V； </p><p>　　輸出與TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容； </p><p>　　輸出可以用開路集電極連接“或”門； </p><p>　　采用雙列直插8 腳塑料封裝（DIP8）和微形的雙列8

27、 腳塑料封裝（SOP8）。 </p><p>　　(a)LM393芯片 (b)LM393的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖四 LM393芯片及內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　5.4 LM2907芯片</p><p>　　LM2907為集成式頻率／電壓轉(zhuǎn)換器，芯片中包含了比較器、充電泵、高增益運(yùn)算放大器，能將

28、頻率信號轉(zhuǎn)換為直流電壓信號。LM2917與LM2907基本相同，區(qū)別是：LM2917內(nèi)部有一只穩(wěn)壓管，用于提高電源的穩(wěn)定性。</p><p>　　LM2917進(jìn)行頻率倍增時(shí)只需使用一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)；以地為參考點(diǎn)的轉(zhuǎn)速計(jì)（頻率）輸入可直接從輸入管腳接入；運(yùn)算放大器／比較器采用浮動三極管輸出；最大50mA的輸出電流可驅(qū)動開關(guān)管、發(fā)光二極管等；內(nèi)含的轉(zhuǎn)速計(jì)使用充電泵技術(shù)，對低紋波有頻率倍增功能；比較器的滯后電壓為30mV利

29、用這個(gè)特性可以抑制外界干擾；輸出電壓與輸入頻率成正比，線性度典型值為±0.3%；具有保護(hù)電路，不會受高于Vcc值或低于地參考點(diǎn)輸入信號的損傷；在零頻率輸入時(shí)，LM2907的輸出電壓可根據(jù)外圍電路自行調(diào)節(jié)；當(dāng)輸入頻率達(dá)到或超過某一給定值時(shí)，可將輸出用于驅(qū)動繼電器、指示燈等負(fù)載。LM2907的主要電性能參數(shù)如表一所列。</p><p>　　圖五 LM2907N的原理框圖</p><p&g

30、t;　　表一  LM2907的主要電性能參數(shù)（Vcc=12VDC,TA=25）</p><p><b>　　6.電路調(diào)試</b></p><p>　　6.1電路調(diào)試結(jié)果（實(shí)物）</p><p>　?、?沒有檢測到物體時(shí)發(fā)光二極管點(diǎn)亮</p><p>　?、?檢測到物體時(shí)發(fā)光二極管熄滅</p>&l

31、t;p>　　6.2 電路調(diào)試電壓及波形</p><p>　　⑴ 沒有物體存在時(shí)，LED1點(diǎn)亮，NE555定時(shí)器3號引腳的輸出波形</p><p>　?、?超聲波傳感器發(fā)射端的波形</p><p>　?、?當(dāng)沒有物體存在時(shí)，超聲波傳感器接收端的波形</p><p>　　⑷ 當(dāng)沒有物體存在時(shí)，LM393輸出端的波形</p>&

32、lt;p>　?、?當(dāng)有物體存在時(shí)，超聲波傳感器接收端的波形</p><p>　?、?當(dāng)有物體存在時(shí)，LM393輸出端的波形</p><p><b>　　7.個(gè)人體會</b></p><p>　　一周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計(jì)過程中

33、，與同學(xué)分工設(shè)計(jì)，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會了合作，學(xué)會了運(yùn)籌帷幄，學(xué)會了寬容，學(xué)會了理解，也學(xué)會了做人與處世。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，這是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過程．”千里之行始于足下”，通過這次課程設(shè)計(jì)，我深深體會到這句千古名言的真正含義．我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會腳踏實(shí)地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的

34、基礎(chǔ)．</p><p>　　通過這次傳感器技術(shù)課程設(shè)計(jì)，本人在多方面都有所提高。通過這次傳感器技術(shù)課程設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識進(jìn)行一次基于超聲波傳感器檢測的設(shè)計(jì)工作的實(shí)際訓(xùn)練從而培養(yǎng)和提高學(xué)生獨(dú)立工作能力，鞏固與擴(kuò)充了傳感器技術(shù)等課程所學(xué)的內(nèi)容，掌握超聲波傳感器測具體設(shè)計(jì)的方法和步驟，掌握了超聲波傳感器的工作原理和使用方法，提高了分析能力，綜合運(yùn)用能力，熟悉了規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)各科相關(guān)的課程

35、都有了全面的復(fù)習(xí)，獨(dú)立思考的能力也有了提高。</p><p>　　在這次設(shè)計(jì)過程中，體現(xiàn)出自己單獨(dú)設(shè)計(jì)硬件接線圖的能力以及綜合運(yùn)用知識的能力，體會了學(xué)以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時(shí)學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補(bǔ)。</p><p>　　在此感謝我們的**老師，老師嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；老師循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪；

36、這次課程設(shè)計(jì)的每個(gè)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和每個(gè)數(shù)據(jù)，都離不開老師您的細(xì)心指導(dǎo)。而您開朗的個(gè)性和寬容的態(tài)度，幫助我能夠很順利的完成了這次課程設(shè)計(jì)。</p><p>　　同時(shí)感謝對我?guī)椭^的同學(xué)們，謝謝你們對我的幫助和支持，讓我感受到同學(xué)的友誼。 </p><p>　　由于本人的設(shè)計(jì)能力有限，在設(shè)計(jì)過程中難免出現(xiàn)錯(cuò)誤，懇請老師們多多指教,我十分樂意接受你們的批評與指正，本人將萬分感謝。</p&g

37、t;<p><b>　　8.參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]、賈伯年，俞樸編著.傳感器技術(shù).南京：東南大學(xué)出版社，2007；</p><p>　　[2]、閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社.2006；</p><p>　　[3]、王瑩瑩.Protel DXP電路設(shè)計(jì)實(shí)例教程.北京：清華大學(xué)出版社.2008；&