双通道计数器的电子课程设计

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1、摘要红外技术发展的先导是红外探测器的发展。1800年，FW 赫歇尔发现红外辐射时使用的是水银温度计，这是最原始的热敏型红外探测器。红外技术的内 容包含四个主要部分，红外辐射的性质，红外元件、部件的研制、把各种红外元、 部件构成系统的光学、电子学和精密机械、红外技术在军事上和国民经济中的应 用。目前，对于红外线的探究已经趋于成熟了，越来越多的此类产品已经被研发 出来，并深受顾客的欢迎，比如说：红外遥控器，人体感应器和红外测距仪，以 及其他一些。本课程设计是设计一个红外反射式通道计数器，红外反射式通道计数器利用 发光二极管和接收二极管实现对进出人数所产生的信号的接收，通过对信号的处 理达到对进出人

2、数的计数，并在数码管上显示，从而达到对进出人数进行统计的 目的。关键词：红外辐射；红外反射；双通道计数器。目录摘 要I1 红外技术简介 11.1 红外技术的起源和发展 11.2 红外技术的应用 21.3 红外技术的发展前景 31.4 对红外技术课堂的意见及建议 42 设计方案 52.1 设计要求 52.2 原理方框图 62.3 各单元电路原理介绍 3 硬件制作与调试. I II 谢录录 致附附123111一红外技术简介1.1、红外技术的起源与发展红外技术发展的先导是红外探测器的发展。1800年，FW 赫歇尔发现红外 辐射时使用的是水银温度计，这是最原始的热敏型红外探测器。1830年以后，相继研

3、制出温差电偶的热敏探测器、测辐射热计等。在1940 年以前，研制成的红外探测器主要是热敏型探测器。19 世纪，科学家们使用热敏型红外探测器，认识了红外辐射的特性及其规 律，证明了红外线与可见光具有相同的物理性质，遵守相同的规律。它们都是电 磁波之一，具有波动性，其传播速度都是光速、波长是它们的特征参数并可以测 量。20 世纪初开始，测量了大量的有机物质和无机物质的吸收、发射和反射光 谱，证明了红外技术在物质分析中的价值。30 年代，首次出现红外光谱代，以后，它发展成在物质分析中不可缺少的 仪器。40 年代初，光电型红外探测器问世，以硫化铅红外探测器为代表的这类探 测器，其性能优良、结构牢靠。5

4、0 年代，半导体物理学的迅速发展，使光电型红外探测器得到新的推动。到60年初期，对于13、35和813微米三个重要的大气窗口都有了性 能优良的红外探测器。在同一时期内，固体物理、光学、电子学、精密机械和微 型致冷器等方面的发展，使红外技术在军、民两用方面都得到了广泛的应用。60 年代中叶起，红外探测器和系统的发展体现了红外技术的现状及发展方 向。在红外技术的发展中，需要特别指出的是：60 年代激光的出现极大地影响 了红外技术的发展，很多重要的激光器件都在红外波段，其相干性便于移用电子 技术中的外差接收技术，使雷达和通信都可以在红外波段实现，并可获得更高的 分辨率和更大的信息容量。在此之前，红外

5、技术仅仅能探测非相干红外辐射，外 差接收技术用于红外探测，使探测性能比功率探测高好几个数量级。另外，由于 这类应用的需要，促使出现新的探测器件和新的辐射传输方式，推动红外技术向 更先进的方向发展。1.2、红外技术的应用红外应用产品种类繁多，本文选择红外热像、红外通讯、红外光谱仪、红外 传感器等几个比较大的领域做介绍。1）、红外热像仪红外热像仪行业是一个发展前景非常广阔的新兴高科技产业，也是红外应用 产品中市场份额最大的一块，在军民两个领域都有广泛的应用。红外热像仪在现 代战争条件下的卫星、导弹、飞机等军事武器上获得了广泛的应用。同时，随着 非制冷红外热成像技术的生产成本大幅度降低，该产品的应用

6、已延伸到了电力、 消防、工业、医疗、安防等国民经济各个部门。据美国著名高科技行业咨询公司 Maxtech International 的预测，未来 5 年全 球民用红外热像仪市场需求年均增长率将达到15%，到2012 年，全球民用红外 热像仪的市场需求将达到 38.12 亿美元。由于国内经济高速发展，中国红外热像 仪市场的年均增长率可以达到20%，预计 2011年中国民用红外热像仪市场的需 求量可以达到 9.95 亿元。以美国为例，2000 年，美国红外成像与红外测温系统 的市场销售总额为 18.2 亿美元，比1999 年增长了 3%，预计到2008 年，总的市 场销售额将达到 28.2 亿美

7、元，年综合增长率达到6.5%。“我国红外热像仪市场还处于起步阶段，未来发展空间巨大。”中国光光学学 会常务理事兼秘书长倪国强先生在中国光电产业高层论坛上表示：在发达国家的 军用领域，红外热像仪已得到非常广泛的配置，例如海湾战争中平均每个美国士 兵配备1.7 具红外热像仪。与发达国家相比，目前我国军队中红外热像仪的应用 相对较少，其市场远景需求量相当巨大。随着高性能多色红外焦平面以及智能灵 巧型片上图像处理技术的发展，预计这一比例还将继续走高。随着北京奥运会、上海世博会、广州亚运会等国内大型活动的增加，对安全 的要求越来越严格，越来越多的场所需要 24 小时持续监控。红外线在夜间监视 的应用更加

8、突出，不仅金库、油库、军械库、图书文献库、文物部门、监狱等重 要部门采用，而且也在一般监控系统中也被广泛采用，甚至居民小区监控工程也 应用了红外线摄像机。带动了红外摄像市场持续升温。2）、红外光谱仪红外光谱仪主要用于化学物理分析领域，可应用于各种物理化学实验室、石 油、农业、检测等领域。按应用范围可分为通用型红外光谱仪和专用红外光谱仪， 按波长范围分可分为近红外光谱仪和远红外光谱仪，目前以近红外光谱仪为主。 现代近红外光谱分析技术包括了近红外光谱仪、化学计量学软件和应用模型三部 分。只有三者的完美结合才能达到高性能的要求。目前近红外专用光谱仪器的研 制及应用在国内已受到很多专家的关注，并已开发

9、研制出一批适应国内分析对象 的仪器及应用软件。如，中国石油科学院的一批年轻学者在陆婉珍院士的带领下， 研制和开发出了有我国自主知识产权的近红外专用光谱仪器及其在我国石油科 学中应用的一些软件；以北京农业大学严衍禄教授领导的“中国农业近红外分析 技术网络系统”课题已完成，研制和开发了有自主知识产权的、适用于中国农业 品品质的分析的软件；相秉仁教授在中国药科大学分析计算中心建立了 Internet 近红外光谱分析虚拟建模中心，进行近红外光谱分析的建模和数学模型维护等工 作，并建立了一些中草药近红外分析的数学模型。3）、红外传感器在实现远距离温度监测与控制方面，红外温度传感器以其优异的性能，满足 了

10、多方面的要求。在产品加工行业，特别是需要对温度进行远距离监测的场合， 都是温度传感器大显身手的地方。在食品行业红外温度可以在不被污染的的情况 下实现食品温度记录，因此备受欢迎。光纤红外传感器还具有抗电磁和射频干扰 的特点，这为便携式红外传感器在汽车行业中的应用又开辟了新的市场。随着红外测温技术的普遍应用，一种新型的红外技术一智能（Smar t）数字 红外传感技术正在悄然兴起。这种智能传感器内置微处理器，能够实现传感器与 控制单元的双向通信，具有小型化、数字通信、维护简单等优点。另外，随着便 携式红外传感器的体积越来越小，价格逐渐降低，在食品、采暖空调和汽车等领 域也有了新的应用。比如用在食品烘

11、烤机、理发吹风机上，红外传感器检测温度 是否过热，以便系统决定是否进行下一步操作，如停止加热，或是将食品从烤箱 中自动取出，或是使吹风机冷却等。随着更多的用户对便携式红外温度传感器的 了解，其潜在用户正在增加。1.3、红外技术的发展前景红外线自 1800 年被发现以来，人们对她的研究从来没有停止过，目前已经 开发出了众多的应用产品，从医疗、检测、航空到军事等领域，几乎处处都能看 到红外的身影。但人们对她的研究仍然延续，时不时出现的新发明新应用，带给 我们惊讶与感叹，人类对这座宝藏的开发还远远不够，红外产业还有广阔的扩张 空间！红外技术已广泛应用于陆、海、空各军兵种，其中红外成像精确制导是各国

12、红外技术应用的主流方向之一。红外成像制导技术是由美国人从 60 年代初开始 研创。有资料统计，在过去的 20 年里，世界范围内多次的局部战争和有限军事 冲突中，被导弹击中的飞机中有 90%是被红外制导导弹击落的, 有 85%的地面和 海上目标是被有红外制导能力的武器系统所击中。红外制导技术的扩展应用领域相当宽广，大量装备的还有阵地型、机载型、 舰载型和星载型制导火控系统和预告警系统。这些地面系统由于基本不受体积、 重量、造型和时效性的严格限制，又有人工参与进行维护和参数的现场设置。 在欧、美发达国家，非消耗性红外成像制导（指挥、预警和火控）系统的列装率 较高，几乎军用（警用）舰船上、飞机上、战

13、车上和重要的地面阵地都装备了大 量的红外成像设备，并发挥了相当重要的作用。民用领域根据美国 Maxtech International 发布的红外市场报告， 2006 年全 球民用红外热像仪的销售额为 16.3 亿美元，几年来，全球民用红外热像仪市场 需求年均增长率已超过了 15%，预计 2010 年全球民用红外热像仪市场供给将达 到 28 亿美元。全球民用红外热像仪市场的供给和需求趋势由于红外技术具有很 高的军用和民用价值，近年来国外主要厂家纷纷在核心器件及系统产品的产业化 进程中加大投入和研发的力度。1.4、对红外技术课堂的意见及建议我认为这门课程可以拓展学生的视野，扩大学生的知识面，虽然

14、只是一门专 业限选课，但它的重要性仍不能忽视。我们要重视这门课程的学习，因为它和当 今的先进科学技术紧密联系，我们可以通过这门课程了解这一方面科技的新的科 研成果，以及它将来的发展方向和趋势，便于我们准确定位，将来从事哪一方面 的科学研究，对我们今后的发展都是具有很大的意义的。我认为每节课都应有具体的任务，明确的目的和要求，每节课都给学生留有 思考的空间，即留一些问题， 问题的设计是有利于学生去思考二、设计方案2.1、设计要求设计并制作用于识别、计算通过管道的物品数目的光电识别计数器。（1）能够对通道内进出的人数进行统计；（2）当有人进入时自动加一，反之自动减一；（3）有效作用距离 20cm；

15、（4）至少一位数码管显示。方案一： 电路包括入口和出口的光电发射接收电路、信号放大电路和两位计数/译码/ 显示电路。应用到了电阻、发光二极管、光敏电阻、运算放大器、十进制加减计 数器CD40110及数码管等元器件。如图2-1所示，LED正向压降1.66V,工作电流5mA,所以选择阻值为6650 的电阻R1、R2为保护电阻。1|图 2-1 光电发射电路如图 2-2 所示，利用光敏电阻特性，使电桥电路输出电压变化，产生脉冲Ra为盖黑胶布的光敏电阻3系列GL3516,亮电阻为10KQ,暗电阻为600KQ, 提供温度补偿，电阻固定为 600K0。Rb 为 600K0, Rc 为 10K0。Rd为光敏电

16、阻3系列GL3516，亮电阻为10K0，暗电阻为600KQ。方案二：电路包括光电发射接收电路、反相短路、信号互锁电路、计数/译码/显示电 路和辅助电源电路五部分。其中 Ra、Rb、Rc、Rd、Re 为零欧电阻，可当做导 线，作用是在焊接电路时替代飞线。不难看出方案二中的设计灵敏度更高，顾选择方案二。2、原理方框图如图2-3 所示，电路各部分工作原理及作用如下。信号处理电路（4069反相器）计数译码显示电路（40110及数码管）信号互锁电路（74LS74双D触发器）光电发射接收电路（ST168反射式红外光电传感器）图 2-3 原理方框图3、各单元电路原理介绍a）光电发射接收电路如图2-4 所示，该