1、 1 光电综合课程设计报告光电综合课程设计报告 基于发光二极管基于发光二极管( LED )( LED )和光电二极管和光电二极管( PD )( PD )的光幕靶的设计的光幕靶的设计 2 摘 要 本文设计一种以 8 位单片机 STC89C51 为核心的速度测试系统,可应用于实时记 录。 采用红外发射二极管阵列形成矩形光幕， 利用光电二极管阵列测量光幕的光强， 当物体穿过光幕时，相应的光电二极管接收到信号，经信号采集和处理电路计算出 物体的速度。结果表明，该测速装置简单可靠，可满足范围速度测量的要求。 关键字:光电二极管阵列 红外二极管阵列 单片机 3 目 录 1. 前言 .4 2. 硬件设计 4
2、 2.1 发光系统5 2.2 光电转换电路.6 2.3 单片机电路 6 2.4 显示电路7 2.5 总方案 .7 3. 软件设计 8 4. 实验与分析 .9 4.1 实验数据9 4.2 数据分析 10 4.3 缺陷与改进 . 10 5. 结论 . 11 6. 心得体会 11 致 谢 . 13 参考文献 . 14 附录 16 附录 1 89C51 单片机测速度程序 . 16 附录 2 单片机测速度仿真图 . 19 附录 3 实物图 20 附录 4 元器件清单 . 20 4 1.1. 前言前言 光幕靶多应用于轻武器速度测量中，少部分经改变其构成用于车速测量的运用 中。在轻武器飞行弹丸着靶坐标的自动
3、化测试，目前比较成熟的是非接触式超声坐 标靶。但受到各种因素的限制，产生的干扰很大。而多光幕靶是一种比较成熟的光 电自动报靶装置， 通过测量子弹穿过这几个光幕的时间， 计算子弹的弹着点坐标 多 光幕靶测试精度高，但结构较复杂，有效靶区受结构的影响，不易做得很大 美国专利描述了一种光电自动报靶装置，这种光电自动报靶装置需要平行度较 高的光源，结构复杂，靶面面积不能做得太大英国 MSI 公司按照这种方案设计的 大面积光电自动报靶装置技术已经很成熟，但靶面面积只能达到 22 而在火工品产品研制和校验中, 需要测试运动螺栓和小滑车的初速以及着靶 时间。这些参数是检验该产品的关键参数, 能否准确测量,
4、直接影响该产品对导弹 和发射火箭的点火和引信作用效果。而大多测量时候以人工操作误差大，接触碰撞 会造成能耗，导致了测量误差较大。使用非接触式的光幕靶来进行测量时最佳的选 择。 在射击之类的比赛等等，需要测量速度的，非接触式的光幕靶测量无疑是最好 的选择，虽然由于限制，让其受到影响。 本文是根据其测量的原理，用 LED 和 PD 管搭设光幕靶，以单片机的控制程序 进行测试，通过光幕靶的信号进行速度的测量，结构简单，测量数据准确有效。 2.2. 硬件设计硬件设计 本设计工作原理是通过红外光电管的信号来检测物体通过固定距离的时间，然 后将数据交单片机处理， 在确定位移的情况下， 由时间值通过计算后可
5、得到速度值， 然后，单片机将速度值输出给显示器。其功能框图如图 1。 5 图 1 硬件设计原理框图 以单片微处理器 STC89C51 为核心, 用于对各输出/输入接口进行控制, 对脉 冲输入量进行采集计算, 数据的存储使用 STC89C51 片内 RAM, 同时其片内 RAM 还 作为数据缓冲器和显示缓冲区来使用。 2.1 发光系统 设计中采用红外发光二极管阵列发射红外光，形成光幕，相邻的发光二极管的 直径为 5mm, 则紧密排列后其中心间距为 5 mm。根据红外发光二极管的压降，工作 电流，额定电压等，设计出能使发光管发光强度满足要求，并能稳定工作的电路。 光幕靶采用恒压的设计方法，将每一个
6、红外发光二极管串联一个电阻后，再并 联在一起以获得恒定的电压，而电压由单片机电源提供 5v 电压。具体电路图如图 2. 6 图 2 发光电路电路图 2.2 光电转换电路 由于红外光敏二极管对红外光有很高的灵敏度，因此利用红外光敏二极管作为 光电转换器件完成光信号到电信号转换。 这种器件具有响应速度快、 体积小等优点， 广泛应用于光电检测。 该电路设计采用多只光敏二极管串联一个电阻后通过 74LS21 连接起来组成阵列，由 74LS21 的公共端进行信号的输入。两个光幕靶的电路的连 接方法相同。其中串联的电阻可稍微大一些，有利于增加电路的灵敏度，以提高整 个电路测试的精确度。其转换电路的电路图如图 3. 图 3 光电转换电路电路图 2.2.3 3 单片机电路单片机电路 由 PD 管转换来的信号，进过 74LS21 后传送到输入端口 INT0 和 INT1，由单片 机内部程序进行控制，由 INT0 输入信号后开始计算时间，在 INT1 信号输入后结束 计算，将得到的时间值送到速度计算的子程序中，再将速度值输出。为了测试的方 便，在 INT0 的信号输入后，计数信
