關于光電計數器的設計應用

摘要：作為數字化儀器的基礎，統計和顯示在一定時間內通過數字電路技術的脈沖數是光電計數器的主要功能。本論文在研究光電計數器的設計和應用的過程中，基于傳感器、反向處理、檢波和將接受的信號放大等技術，將傳送微波信號的方法作為設計原則，通過分析設計多諧振蕩器以及基電路構成單穩觸發器等基本構件的方法，主要對數字電路的譯碼、計數以及顯示系統的應用原理和研制方法進行了描述。

關鍵詞：光電計數器；思路；設計分析

將不同種類的數字變換器接入到光電計數器的輸入通道中，并在與數字變換器相適應的換能器的作用下就可完成不同功能的數字化儀器的制作。電子計數器在科學研究和工業生產等領域都發揮著巨大的作用，達到了測量過程自動化的目的，具有操作簡便、精確度高、測量速度快、顯示結果直接以及功能多樣等優勢。一、設計光電計數器過程中的要求

信號輸入電路、計數、處理電路、計數狀態控制電路、顯示驅動電路、電源電路、顯示器是光電計數器的主要構成部分。信號輸入電路中能接收觸點開/關以及脈沖電壓（各種電壓幅度）形式的信號，通過連接信號輸入電路及光電耦合器的方式，成功的對計數電路和信號處理電路進行了光電隔離。此外，計數電路不僅能避免計數器出現復位的情況，還具有控制輸入信號的功能。外部控制電路能夠通過外接端子實現對計數器復位和工作的控制。 在設計光電計數器過程中，通常比較器整形都是由LM324組成的，放大整形部分由LM324同相放大組成，施密特觸發器則是由反相器組成的。

二、設計光電計數器的主要電路

光電計數器的工作過程主要是：紅外光信號在經過發射器發射后，利用反射作用在接收管的作用下轉變為電信號，經過放大比較整形后的電信號就成為了觸發脈沖。在加法計數器中，觸發脈沖就是計數脈沖，進行計數功能，而計數信號顯示功能由七段LED數碼管來進行。其中，脈沖紅外光交流驅動模式能更好的增大作用的距離。

三、光電計數器的技術要求和設計原理

SV直流穩壓電源對整個光電計數器的電路進行供電。由驅動紅外發射管VD1發射紅外線脈沖和多諧振蕩器產生的方波信號（330Hz）是光電計數器的設計原理。VD2在接收了被手阻擋而反射回來的紅外線脈沖后將其轉化成電信號，并在50 Hz的燈光干擾下對高通濾波進行濾除，濾除后的信號經過同相放大器（LM324）的放大，之后電壓比較器對其進行整形，形成幅值較大的方波信號，之后再由單穩態觸發器（555）進行延時整形，經非門處理后接入到74LS160（集成同步十進制計數器）的CP端，觸發脈沖通過七段LED數碼管（由CD4511驅動）顯示出來。以下是對分支電路的描述：

脈沖式主動紅外線檢測電路是紅外檢測電路的基本電路，包括VD1（紅外發射二極管）和VD2（紅外接收二極管）兩個主要的部分。VD1和V D2的安裝方式是平行的，指向也一樣，多諧振蕩器作用時，發射二極管能夠發射經方波脈沖調制的332赫茲的紅外線脈沖，但是接收二極管并不能接收到，發射二極管在收到手的阻礙的情況下，紅外線脈沖才會經過反射作用由接收二極管接收到。

555多諧振蕩器電路是一種混合集成型電路，擁有八個引出端，其基本電路是由555構成的，將數字電路和模擬電路進行了綜合。555多諧振蕩器電路的適用范圍非常廣，具有定時準確和輸出驅動功率大的優點，擁有單元內部電壓（寬范圍的電壓），可以將模擬電平接入到電路中。555多諧振蕩器電路通過發射紅外線來實現對相關裝置的控制，發射的功率越大，控制的距離越遠。在脈沖狀態下，紅外發光二極管才進行工作，脈沖的峰值電流越大，調制光/脈動光的有效傳送距離越遠，因此可以通過提高峰值電流的方式來延長紅外光的發射距離，達到增加控制距離的目的。

由324組成的整形電路的基本構件是電壓比較器，從整形電路中輸出的方波信號在電壓比較器的作用下能夠轉變為觸發脈沖。低通濾波和VD3（二極管）通過串聯的方式形成峰值檢波電路，在設計過程中需要注意的就是要將輸入信號脈沖的脈寬設置的遠遠大于阻容元件的時間常數。

放大整形電路的基本構造是SV單電源供電的LM324，進行大概16.5倍的同相放大作用。放大整形電路在工作原理是：將輸出信號傳送到另一個通向的運放端，然后提供大概0.8V的電壓給反向端，由反向端采取電壓比較工作。其中，如果提供的電壓大于0.8V的基準電壓時，那么輸出的是高電平；提供的電壓小于0.8V的基準電壓時，那么輸出的是低電平。

光電技術器的設計中利用集成同步十進制74LS160的功能，計數顯示電路能夠進行計數運算，CD4511驅動數碼管能夠進行紅外檢測，同時還能采用脈沖檢波和單穩態觸發器檢測等設計方法。才外，還應該注意在整個焊接組裝過程中要嚴格按照原理設計電路圖進行，在此基礎上注意做到先布置地線后設置萬能板，并減少交叉線的存在等細節問題，達到美觀實用的目的。

四、調試光電計數器的方法

首先采用斷電檢查的方法：參考原理圖對硬件電路進行檢查，要細致到每一個焊點。按照單元電路—模塊電路—系統的步驟分層次的調試光電計數器，調試的過程中的各項指標要參考設計圖中的進行。其次，采用通電檢查的方法：利用信號源及相關測驗儀器檢查每個模塊的電路在加入正常電壓之后的工作狀態中的電壓和波形是否正常，并進行相應的調整。一般采用數碼管、紅外耦合反射對管、電阻、脈沖紅外驅動發射器（例如：555）、電容、74LS160、CD4511、LM324等器件來構成電路，進行參數計算。

五、設計光電計數器過程中常見的問題及和應對措施

在引入了50赫茲的交流電后對紅外線反射管產生了干擾，影響其正常工作，因此要對50赫茲的交流電利用高通濾波電路來濾除交流信號。出現經常性觸發脈沖現象的原因是：信號在進行了波形比較和包絡檢波步驟后存在大量的毛刺。可以利用555單穩態觸發器來延時處理電路，從而避免多次觸發計數脈沖的問題。接收管和發射管之間可以設置擋板來預防黑管在沒有物體經過時自動接收信號的情況。多諧振蕩器在沒有設置二極管的情況下，產生的方波占用很大的空間（大于1/2），通過在555單穩態觸發器上加入二極管的方式來減少占空比。

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（作者單位：濟南職業學院）