自制光電計數(shù)器演示儀

劉永順

摘 要：提出了一種用TX05D、CD4026和數(shù)碼管等設(shè)計制作光電計數(shù)器的方案，詳細(xì)闡述了部分電路的工作原理及制作、調(diào)節(jié)和使用方法.

關(guān)鍵詞：光電計數(shù)器;TX05D;CD4026;演示儀

文章編號：1008-4134（2019）15-0050? ? 中圖分類號：G633.7? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

?? ? ? 1 電路工作原理

光電計數(shù)器電路原理圖如圖1所示.該電路由信號檢測（TX05D）、整形（VT1）、計數(shù)（CD4026）和顯示（數(shù)碼管）四部分電路組成.? 接通電源后，按一下復(fù)位按鈕SW，計數(shù)裝置即復(fù)零等待計數(shù).TX05D向外發(fā)出紅外線，當(dāng)前方一定范圍沒有障礙物時，TX05D收不到反射回來的紅外線，這時TX05D的OUT端輸出低電平，三極管VT1截止，其集電極為高電平，即標(biāo)號為“C”的集成計數(shù)器CD4026的CP端為高電平，而CD4026只有在CP端輸入脈沖上升沿的作用下才能開始計數(shù)，所以此時沒有計數(shù)輸出.當(dāng)有障礙物經(jīng)過TX05D前方一定范圍時，TX05D發(fā)射的紅外線有一小部分被障礙物反射回來，經(jīng)與模塊內(nèi)發(fā)光管同向并排的光敏三級管接收，并轉(zhuǎn)換為同頻率的電信號，并由TX05D內(nèi)部進(jìn)行一系列的放大、解調(diào)、整形、比較處理，最后從其OUT端輸出高電平，從而使VT1導(dǎo)通，VT1集電極為低電平，即標(biāo)號為“C”的集成計數(shù)器CD4026的CP端為低電平，當(dāng)障礙物再次離開檢測區(qū)域時，標(biāo)號為“C”的集成計數(shù)器CD4026的CP端又為高電平，這樣其CP端輸入由低電平跳變?yōu)楦唠娖剑饔弥翗?biāo)號為“C”的集成計數(shù)器CD4026的輸入（1腳），其計數(shù)為“1”，數(shù)碼管顯示為“001”.同理計數(shù)至“10”時，標(biāo)號為“C”的集成計數(shù)器CD4026的CO端輸出進(jìn)位脈沖，使十位上的標(biāo)號為“B”的集成計數(shù)器CD4026計數(shù)為“1”，當(dāng)十位計數(shù)到“10”時，標(biāo)號為“B”的集成計數(shù)器CD4026的CO端又輸出進(jìn)位脈沖，使百位上的標(biāo)號為“A”的集成計數(shù)器計數(shù)“1”，以此類推.隨著計數(shù)脈沖的輸入，各位集成計數(shù)器不斷計數(shù)并逐漸進(jìn)位，實現(xiàn)計數(shù)的全過程.此集成計數(shù)器的計數(shù)顯示范圍為“0～999”.當(dāng)計數(shù)量較大時，可以根據(jù)需要增加計數(shù)裝置的位數(shù)，增加一組集成計數(shù)器CD4026和數(shù)碼管就可以增加一位計數(shù)顯示（后一位集成計數(shù)器CD4026的CO端接高一位CD4026的CP端）.

2 主要元器件及其主要功能

IC1采用紅外線反射開關(guān)TX05D，它是一種一體化的紅外線發(fā)射、接收器件，其內(nèi)部包含紅外線發(fā)射、接收及信號放大與處理電路，能夠以非接觸形式檢測出前方一定范圍內(nèi)的人或物體，并轉(zhuǎn)換成高電平信號輸出，可廣泛應(yīng)用在各種自動檢測、自動控制等裝置中，主要用來檢測前方障礙物.

A、B、C是CD4026十進(jìn)制計數(shù)器/脈沖分配器（七段譯碼輸出），分別直接驅(qū)動LED數(shù)碼管D、E、F顯示計數(shù).

A和D的標(biāo)號相同的端相連（例如AD1等），B和E的標(biāo)號相同的端相連，C和F的標(biāo)號相同的端相連.

三極管VT1用的是NPN型小功率的9014，這里起脈沖整形作用.

R1～R3用RTX-1/8W電阻，其阻值分別為：R1=9.1kΩ;R2=2.4kΩ;R3=470kΩ.

SW為常閉型按鈕開關(guān)，平時閉合，使CR端（復(fù)零端，15腳）接地為低電平，計數(shù)器等待計數(shù)，此時若有輸入計數(shù)脈沖即進(jìn)行計數(shù).當(dāng)按動SW使其觸點斷開時，CR端通過電阻R3接電源正端為高電平，計數(shù)器復(fù)零.光電計數(shù)器實物如圖2所示.

3 制作、調(diào)節(jié)、使用方法

光電計數(shù)器結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示.考慮到有些中學(xué)物理老師設(shè)計制作印制電路板有些困難，為了降低制作難度，也可以按照電路原理圖1，在“面包板”上插元件和導(dǎo)線制作，或者在帶有銅箔條“萬能試驗板”上插元件和導(dǎo)線（用導(dǎo)線把CD4026和數(shù)碼管的相同標(biāo)號端連接），然后焊接制作.

另外，也可以制作顯示2位數(shù)字的電路（把電路圖1中的模塊A和D去掉）或顯示多位數(shù)字的電路（增加相應(yīng)模塊）.

該光電計數(shù)器由Vcc=5V直流穩(wěn)壓電源供電，可以用實驗室現(xiàn)有的直流穩(wěn)壓電源.在傳送帶（可以用手拉一張紙代替）旁按照圖3安裝該裝置后，為了提高靈敏度，應(yīng)用“一字”起子調(diào)節(jié)TX05D側(cè)面靈敏度調(diào)節(jié)電位器，調(diào)整最佳檢測距離（5～120cm）.一般以傳送帶上有產(chǎn)品通過TX05D正前方一定范圍時，其側(cè)面動作指示燈能夠亮為準(zhǔn).

該光電計數(shù)器具有成本低、制作容易、計數(shù)準(zhǔn)確等特點，特別適合一些中學(xué)演示實驗用，同時也適合企業(yè)產(chǎn)品自動計數(shù)使用.

參考文獻(xiàn)：

[1] 孫余凱.傳感器應(yīng)用電路300例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.