数字式红外测速仪课程设计
课程设计---数字式红外测速仪
电子技术课程设计题目：数字式红外测速仪系别：电气与电子工程系专业：电子信息工程姓名：学号：指导教师：年月日成绩评定·一、评语（根据学生答辩情况及其论文质量综合评定）。
二、成绩指导教师签字：年月日目录一设计目的 (1)二技术要求与指标 (1)三设计原理及步骤 (1)1、测速仪原理框图 (1)2、数字式红外测速仪原理 (1)3、各部分电路图 (6)四电路原理图及模拟仿真结果 (7)1、电路原理图 (7)2、仿真结果 (8)五、所用器件 (9)六、设计总结 (9)1、设计前的难点 (9)2、仿真实验遇到的问题 (9)3、不足之处 (10)七、心得体会 (10)八、参考文献 (11)数字式红外测速仪(一 ) 设计目的1、 在前导验证性认知实验基础上，进行更高层次的命题设计实验，要求学生在教师指导下独立查阅资料、设计、安装和调试特定功能的电子电路。
2、利用模拟、数字电路知识，解决电子线路中常见实际问题的能力，逐步积累掌握实际电子制作经验。
3、巩固基础、注重设计、培养技能、追求创新、走向实用。
（二）技术要求与指标1、用红外线发光二极管，光敏三极管作为速度转换装置2、测速范围：10-990转/分。
3、两位数字显示，显示不允许闪烁（三）设计原理及步骤1、测速仪原理框图图一、原理总框图2、数字式红外线测速仪的原理本设计要求使用红外发光二极管和光敏三极管作为速度转换装置，可以测定10到990转每分钟的转速，并在无闪烁的情况下数字显示。
在经过商讨之后，我们可以将其划分为光电转化部分，控制电路部分，计数部分，显示部分。
其中光电转化部分是将红外发光二极管和光敏三极管所产生的物理信号将其转化为整个系统可以处理的电脉冲信号。
控制电路则是将光电转化部分的得到的电信号被测量光电转换装置计数器锁存译码显示 60s 时钟控制电路计数器在有效时间内控制性的输入到计数部分。
计数部分将在有效时间段内接收到的有效信号进行累加计数，并且在每次计数结束时自动完成清零。
数字式红外线测速仪
（封面）电子技术课程设计设计题目：数字式红外线测速仪学院课程设计任务书天津理工大学中环信息学院课程设计成绩评定表目 录一 概述························································· 1 设计目的······················································ 2 设计要求······················································ 3 设计原理与步骤················································ 二 各部分单元功能原理············································ 1功能单元以及功能解析·········································· 2 红外线测试仪完成电路图········································ 三 单元电路设计·················································· 1 光电转换······················································ 2 脉冲计时······················································ 3 锁存和清零脉冲的形成·········································· 4 译码显示电路·················································· 四 电路原理图与模拟仿真调试要点·································· 1 电路原理图··················································· 2 电路原理介绍················································· 五 电路仿真······················································ 1 绘制电路图··················································· 2 元件设置····················································· 3 仿真结果····················································· 六 所用仪器······················································ 七 课程设计心得体会·············································· 八 设计总结······················································ 九 参考文献······················································4 4 4 4 6 6 7 11 11 11 11 11 12 12 12 13 13 13 14 15 16 17 18一 概述1、设计意义与目的（1）、利用模拟、数字电路知识，解决电子线路中常见实际问题的能力，逐步积累掌握实际电子制作经验。
红外检测实验课程设计
红外检测实验课程设计一、教学目标本课程旨在通过红外检测实验，让学生掌握红外线的产生、特性及其在实际应用中的基本原理。
通过课程学习，学生应能理解红外线的物理本质，掌握红外检测的基本方法，并能够运用所学知识分析、解决实际问题。
在技能方面，学生应能熟练操作红外检测设备，进行红外线辐射强度的测量和数据分析。
在情感态度价值观方面，培养学生对物理实验的兴趣，提高学生科学探究的能力，使学生认识到红外线在现代科技领域的重要作用。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：首先，介绍红外线的产生、红外线的特性及其与电磁波谱的关系；其次，讲解红外检测的原理，包括红外探测器的工作原理及其性能参数；然后，通过实验操作，让学生掌握红外检测设备的正确使用方法，学会进行红外线辐射强度的测量和数据分析；最后，结合实际应用案例，使学生了解红外检测技术在各个领域的应用。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式。
首先，通过讲授法，为学生提供系统的理论知识；其次，利用讨论法，引导学生进行主动思考和问题分析；再次，通过案例分析法，使学生了解红外检测技术在实际应用中的具体做法；最后，运用实验法，让学生在动手实践中掌握红外检测的基本技能。
四、教学资源为了支持课程的教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：教材《红外检测技术与应用》，为学生提供系统的理论知识；参考书《红外探测器原理与设计》，为学生深入理解红外检测技术提供帮助；多媒体资料，包括红外线产生和检测的动画演示，以及实际应用案例的视频介绍，丰富学生的学习体验；实验设备，包括红外检测仪、光源、探测器等，为学生提供动手实践的机会。
五、教学评估本课程的教学评估将采用多元化评价方式，全面客观地评价学生的学习成果。
评估主要包括以下几个方面：1.平时表现：通过观察学生在课堂上的参与程度、提问回答、小组讨论等表现，评价学生的学习态度和课堂表现。
2.作业：布置适量的作业，让学生巩固所学知识，通过批改作业了解学生的掌握程度。
课程设计---数字测速系统设计
数字测速系统设计目录1.设计任务及指标 (3)1.1设计任务 (3)1.2设计要求 (3)2. 数字测速电路设计 (3)2.1系统框图 (3)2.2 二位数码管计数显示电路的设计 (4)2.3 锁存器电路的设计 (5)2.4 输入信号分频电路的设计 (6)2.5 清零信号电路的设计 (8)2.6 报警功能电路的设计 (8)2.7整形电路设计 (9)3.故障处理 (10)3.1故障一 (11)3.2故障二 (11)3.3故障三 (11)3.4故障四 (12)4. 实验数据和误差分析 (13)5. 课程设计的收获、体会和建议 (13)5.1收获及体会 (13)5.2实验建议 (13)6. 参考文献 (14)7. 附录 (15)附录A (15)附录B (15)1.设计任务及要求1.1 设计任务设计并制作测量电机转速的数字测速系统1.测量转速可达0—40转/秒；2.转速测量精度不得低于90度/秒；3.输出转速由数码管显示；4.低速报警（速度低于设定值时，启动蜂鸣器报警，速度升高到设定值以上时，自动关闭蜂鸣器）。
1.2 设计要求1. 画出电路原理图（或仿真电路图）；2. 元器件及参数选择；3. 编写设计报告写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。
2. 数字测速系统电路设计数字测速系统电路从原理上来说可分为几个部分：最基础的计数显示功能，计数的清零锁存，输入信号的分频，报警功能电路的实现，清零信号的设计，以及波形的整形。
设计时必须一步一步来，逐步检查错误，逐步实现功能，最后再进行所有部分的组合设计。
2.1系统框图：图1 系统框图2.2二位数码管计数显示电路的设计选择CD4511作为显示译码电路；选择LED数码管作为显示单元电路。
由CD4511把输进来的二进制信号翻译成十进制数字，再由数码管显示出来。
这里的LED数码管是采用共阴的方法连接的。
计数器实现了对时间的累计并以8421BCD码的形式输送到CD4511芯片，再由4511芯片把BCD码转变为七段数码送到数码管中显示出来。
数字测速仪设计方案
数字测速仪设计方案1 绪论1.1 数字测速仪介绍目前国内外数字测速的方法有离心式转速表测量法、测速发电机测量法、闪光测量法、光断续器测量法和霍尔元件测量法。
本文采用的是OPTC光断续器测量仪，当车轮转动一周时，OPTC光断续器将会产生一个感应信号，再将产生的感应信号转换为电信号传入单片机，经过数据处理和算法处理后得到转轴的实际速度。
1.2 数字测速仪的应用转速是能源设备与动力机械性能测试中的一个重要的特性参量，因为动力设备的许多性能参数是根据转速来确定的，例如泵的扬程、压缩机的排气量、轴的功率等等，而且动力设备的振动、管道流体的压力、各种零件及阀门的磨损松动等都与转速密切相关。
1.3 本设计所要实现的目标本文针对电机的转速进行测量，以单片机为核心对光电开关产生的数字信号进行运算，从而测得电机的转速，然后用LCD把电机的转速显示出来。
即通过OPTC光电传感器将电机的转数转换成0，1的数字量，只要转轴每旋转一周，产生一个或固定的多个脉冲，并将脉冲送入单片机中进行计数和计算，就可获得转速的信息。
本文采用AT89C52单片机实现了转速的实时测量，本设计简单，测量速度快，精度高，运行可靠，可以满足人们对速度准确性和实时性的要求。
1.4 本文的设计方案速度测速仪设计主要包括微处理器、光电传感器、显示器和驱动器的选择以及硬件电路和软件的设计。
系统硬件方面，控制芯片选取美国Atmel公司的AT89C52单片机，OPTC光电传感器，显示器选择1602LCD，驱动器选择74LS245芯片。
利用AT89C52单片机作为核心控制器件,接受来自光电传感器的电信号，处理后输出显示在LCD上。
在软件方面，首先利用单片机进行数据处理，给出速度测速仪的软件设计流程图，最后采用C语言对控制源程序进行编译，用单片机处理把速度显示在LCD 上。
2 主要器件介绍2.1 AT89C52单片机AT89C52引脚如图2-1所示：图2-1 AT89C52引脚图各引脚功能说明：Vcc : 电源端，为+5V。
红外线测转速课程设计
红外线测转速课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解红外线的基本概念，掌握红外线测转速的原理；2. 学生能运用物理知识，分析红外线传感器在测转速中的应用；3. 学生了解影响红外线测转速精度的因素，并能进行初步分析。
技能目标：1. 学生能操作红外线测转速实验设备，进行数据采集；2. 学生能运用数据处理软件，对实验数据进行处理和分析；3. 学生能运用所学的知识，设计简单的红外线测转速系统。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对物理现象的好奇心，提高探索科学技术的兴趣；2. 学生通过实践操作，培养团队协作和问题解决的能力；3. 学生认识到科学技术在实际应用中的价值，增强学以致用的意识。
课程性质：本课程为物理学科选修课程，以实验和实践为主，结合理论教学。
学生特点：学生为高中生，具备一定的物理知识基础，具有较强的动手能力和探究欲望。
教学要求：课程要求学生在理解红外线测转速原理的基础上，能进行实际操作，并运用所学知识分析和解决实际问题。
通过本课程的学习，使学生将理论知识与实际应用相结合，提高综合运用知识的能力。
二、教学内容1. 红外线基础知识：红外线的定义、性质、发射与接收原理；2. 红外线传感器：传感器的工作原理、种类及其在测转速中的应用；3. 测量原理：红外线测转速的原理、方法及其优缺点；4. 影响因素：分析影响红外线测转速精度的因素，如环境、传感器性能等；5. 实验操作：学生分组进行红外线测转速实验，操作步骤、注意事项；6. 数据处理：采集数据、运用数据处理软件进行数据分析；7. 实际应用：设计简单的红外线测转速系统，探讨其在现实生活中的应用；8. 教学大纲安排：共8课时，第1-2课时学习红外线基础知识，第3-4课时学习红外线传感器及其在测转速中的应用，第5-6课时进行实验操作与数据处理，第7-8课时进行实际应用设计与讨论。
教学内容与教材关联性：本教学内容与教材中关于传感器、光学测量等章节相关，结合教材内容，使学生能够系统地学习和掌握红外线测转速的相关知识。
红外测距课程设计数电
红外测距课程设计数电一、教学目标本课程旨在通过红外测距原理的学习，让学生掌握数字电路的基本知识和红外测距仪器的使用方法。
在知识目标上，要求学生了解红外线的基本特性，掌握红外测距的原理和计算方法，以及熟悉红外测距仪器的结构和操作流程。
在技能目标上，要求学生能够独立操作红外测距仪器，进行实际距离的测量和数据处理。
在情感态度价值观目标上，通过实践操作，培养学生的动手能力和团队协作精神，增强学生对科学技术的兴趣和热爱。
二、教学内容教学内容主要包括红外线的特性和应用、红外测距的原理、红外测距仪器的使用方法和操作技巧。
具体包括以下几个部分：1.红外线的基本概念和特性，红外线的产生和发射，红外线的探测和接收。
2.红外测距的原理，红外测距的数学模型，红外测距仪器的组成和工作原理。
3.红外测距仪器的使用方法，包括仪器的开机和关机，仪器的校准和调整，仪器的测量和数据读取。
4.红外测距的实际应用，包括红外测距在军事、航空航天、地质勘查等领域的应用案例。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行教学。
包括：1.讲授法：通过讲解红外线的基本概念、红外测距的原理等理论知识，使学生掌握基本概念和原理。
2.实验法：通过实际操作红外测距仪器，让学生亲自体验红外测距的过程，提高学生的动手能力和实践能力。
3.案例分析法：通过分析实际应用案例，使学生了解红外测距在实际生活中的应用，提高学生的应用能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将准备以下教学资源：1.教材：《数字电路》教材，用于学习红外线的基本概念和红外测距的原理。
2.实验设备：红外测距仪器，用于实际操作和测量。
3.多媒体资料：包括红外线的产生和发射的实验视频，红外测距的实际应用案例视频等，用于辅助教学。
4.参考书：相关的科学研究论文和书籍，用于拓展学生的知识面。
五、教学评估本课程的教学评估将采用多元化方式进行，以全面、客观地评估学生的学习成果。
数字电子课程设计红外警报器
越远、角度越大，意味着警报器的覆盖范围更广，能够更有效地监测目
标区域。
02
误报率和漏报率
误报率指警报器在无人入侵时误触发的概率，而漏报率则指有人入侵时
警报器未能及时响应的概率。这两个指标直接反映了警报器的准确性和
可靠性。
03
响应时间
响应时间指从入侵行为发生到警报器发出警报信号所需的时间。较短的
响应时间意味着警报器能够更快地作出反应，从而更有效地阻止入侵行
团队协作能力
学生应具备良好的团队协作精 神和沟通能力。
02
红外传感器原理及选型
红外传感器工作原理
红外辐射
自然界中一切温度高于绝对零度 的物体都在不停地向周围空间发
出红外辐射能量。
红外探测器
利用红外辐射与物质相互作用所呈 现出来的物理效应进行探测，将红 外辐射能转换成电能或热能等易于 测量的物理量。
03
硬件电路设计与实现
主控制器选型及接口电路
主控制器选型
选用ATmega328P作为主控制器 ，具有高性能、低功耗、丰富的 外设接口等特点。
接口电路
设计UART、I2C、SPI等接口电路 ，实现主控制器与其他模块的通 信。
红外传感器接口电路设计
红外传感器选型
选用高灵敏度、低噪声的红外传感器 ，如PIR（被动红外）传感器。
接口电路
设计信号放大、滤波、比较等电路， 将红外传感器输出的微弱信号转换为 适合主控制器处理的数字信号。
电源管理及其他辅助电路
电源管理
设计稳定的电源电路，为主控制器和红外传感器提供合适的 工作电压。
其他辅助电路
包括复位电路、晶振电路等，确保主控制器的正常工作。
04
软件编程与调试技巧
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数字式红外测速仪课程设计
课程设计
电气与信息工程学院学院自动化专业题目：数字式红外测速仪
姓名：王成龙
学号： 092411237
指导教师：赵红梅徐安峰周焱
时间： 2013 年 6 月 24 日~ 2013年6 月26日
数字式红外测速仪
一、设计技术指标与要求
1、用红外发光二极管、光敏三极管作为速度转换装置。
2、测速范围：10 – 990转/分。
3、三位数字显示，显示不允许闪烁。
二、设计目的和要求
1、设计目的
本课程设计是在前导性验证性认知实验基础上，进行更高层次的命题设计实验，要求学生在教师指导下独立查阅资料、设计、安装和调试特定功能的电子电路。
培养学生利用模拟、数字电路知识，解决电子线路中常见实际问题的能力，使学生积累实际电子制作经验，目的在于巩固基础、注重设计、培养技能、追求创新、走向实用。
2、设计要求
1.以电子技术基础的基本理论为指导，将设计实验分为基础型和系统型两个层次，基础型指基本单元电路设计与调试，系统型指若干个模拟、数字基本单元电路组成并完成特定功能的电子电路的设计、调试；
2.熟悉常用电子仪器操作使用和测试方法；
3.学习计算机软件辅助电路设计方法，能熟练应用电子线路CAD 进行电路设计和印刷电路板的设计制作；
4.学习电子系统电路的安装调试技术；
5.拓展电子电路的应用领域，能设计、制作出满足一定性能指标或特定功能的电子电路设计任务。
三、实验原理构思
1、转速概念
转速是旋转物体的转数与时间之比的物理量,是描述各种旋转机械运转技术性能的一个重要参量。
转速和频率有共同的量纲,都是单位时间内某一量值(脉冲个数、转数) 出现的次数,从理论上讲,转速值可以直接和频率值进行比对。
测时计数是转速计量的基本方法。
测定一定单位时间内旋转物体转过的圈数即频率，可等价为所测旋转物体此时的转速。
即转速n=脉冲频率f*60
2、光电式红外测速仪
a. 采用转速标准装置,将定向反射纸贴于装置的测速盘上,由转速标准装置通过测速盘输出标准转速,进行检测。
采用脉冲光源测
b. 速装置来检测光电式转速表。
这类检测设备通常由频率信号发生器、频率计数器及一个发光二极管组成。
两种检测装置的工作原理有本质的差别。
脉冲光源测速装置能否做为标准,在转速界争议较大。
本课程设计即可采用红外发光二极管和光敏三极管作为速度转换装置来测取旋转物体转速。
可将红外发光二极管固定于旋转物体（假
设为汽车车轮）定轴上，在转轴上安装一遮光板，在遮光板上可打一个小孔，在转轮旋转时，当发光二极管、小孔、光敏三极管在一条轴线上时小洞才有红外光通过，其他时间则由于挡板作用，没有光通过。
光敏电阻接收红外光后转化为一个脉冲，产生一个脉冲则说明转一圈。
这样只需要测量一分钟内光敏三极管输出脉冲个数，就可以知道车轮的转速了。
四、设计方案构思
1、方案一
图-1 方案一流程图
2方案二
图-2 方案二流程图
方案二加入了60s 时钟电路，同时具备了时钟计数功能，每60s 自动清零，停止计数，三位数码显示管示数即为所测旋转物体转速。
所以本课程设计采用方案二进行设计。
被测
光电转计译LED
555模拟
计译码
60s 时钟
LED
五、设计原理及步骤
1、数字式红外测速仪原理框图
图-3 数字式红外测速仪原理框图
2、光电转换模拟电路
图-4 光电转换电路模拟图
用555定时器模拟产生红外线的高电平输出信号。
通过改变滑动变阻器的阻值来实现转速的变化。
555模拟计译码
60s 时钟
LED
3、输出脉冲模拟计数
可用控制开关来手动模拟小洞转过一圈时输出一脉冲并计数情景，如下图上面显示管示数为2，下面显示管示数为3。
图-5 输出脉冲模拟计数
工作原理简述：原先显示译码器示数为2，合上开关A时输出一脉冲信号给计数器，断开时则显示译码器示数为3，即为一次脉冲一次计数。
如果用手动来合上断开开关并计时，而且需要计数一分钟在操作中很难实现，因此出现问题。
4、脉冲计数问题解决
可用555定时器产生1HZ即1s脉冲信号接入计数器进行计数，计数器采用2个十进制计数器74LS160D实现2位计数,当计数到60，
停止计数，实现一分钟定时功能。
5、1s脉冲发生器电路-555定时器
该555定时器产生1s时钟脉冲，用于下面计数器计数。
图-6 1s脉冲发生器电路-555定时器
6、六十进制计数器定时计数电路
图-7 60s定时计数电路
用555定时器输出1HZ（1s）脉冲信号接入计数器进行计数，计数器采用2个十进制计数器74LS160D组成60进制计数器实现2位计数,当计数到60，即停止计数。
7、译码显示电路
图-8 三位译码显示电路图
采用了3片十进制计数器74LS160D，可对输入脉冲信号进行计数，输出结果即为所测转速。
而且计数至990时自动清零，即实现了测速范围（10~990转/分）。
当计数为990时，给出低电平将三片74LS160D全部清零，以等待下一个脉冲信号重新计数。
六、数字式红外测速仪总电路图
图-9 数字式红外测速仪总电路图
总电路图在实际仿真中对原先电路图进行了一些改进，可自动实现一分钟计数功能，而原先总电路还需手动给脉冲信号，人工计时，故减少了工作量。
七、所用器件
红外发光二极管、滑动变阻器、施密特触发器一片
555定时器两片
74LS78N一片
1K电阻、开关、与非、非门、与非门若干，
74LS160D计数器五片、DCD -HEX型数码显示管各五片，
电源若干。
八、设计总结
1、该电路最大的优点是运用74LS160，相比其他计数器速度快一些，而且也提高计数准确度；红外管的灵敏度高，从而减少了测试结果的误差；它是一种非接触型的测试器，使用安全，方便。
整个电路主要以数字电路为主，因此相对模拟电路来说误差还是小很多。
2.在做定时模块电路时，555多谐振荡器，电阻的调节，电容的匹配，在计算及调试上存在困难，通过多次模拟仿真。
3. 在做数码显示模块时，数码显示不稳定问题，连续闪烁。
通过添加74LS273D锁存器，从而顺利解决这个问题。
在锁存器清零脉冲的选择上与计数器清零基本一致。
4. 在做整体电路设计时，由于电路系统较大，只能采用分页显示。
分页显示时又遇到两页之间连接问题，通过键入分页偏置器，解决这个问题
九、设计心得体会
通过本次课程设计，使我对红外测速仪的基本原理有了初步的认识，同时也掌握了电子线路设计的基本思想和方法。
可根据设计目的和用途确定电路方案，再画出原理图选择所需元器件，然后按原理图上的结构连接电路中的导线，在连接中并调试。
使我充分的发挥了自己的想像力，知道而进，不断进取，只有这样才能获得成功。
另外在接线时一定要认真，仔细，耐心，且一步一步地检查分析，避免犯错误。
总之通过这次课设使我受益匪浅，同时要感谢老师的指导和帮助。
更重要的是，只有在做实验的时候才会见到一些元器件，缺乏动
手能力，这次设计，使我基本学会了仿真软件的使用，坚强了对一些基本元器件的认识，加深了对它们各自功能的理解，从而理论与实践相结合统一，为以后的学习夯实了基础！总之，这次课程设计，我学到了很多。
参考文献：
1、《数字电子技术基础》第五版，高等教育出版社，阎石
2、《模拟电子技术基础》第四版，高等教育出版社，童诗白、华成英
3、《虚拟电子实验室》-Mulitisim 7 ，人民邮电出版社，路而红
4、《模电数电基础实验及Multisim 7仿真》，浙江大学出版社，黄培根、朱维婷等。