自制光电计数器演示仪

刘永顺

摘 要：提出了一种用TX05D、CD4026和数码管等设计制作光电计数器的方案，详细阐述了部分电路的工作原理及制作、调节和使用方法.

关键词：光电计数器;TX05D;CD4026;演示仪

文章编号：1008-4134（2019）15-0050    中图分类号：G633.7    文献标识码：B

       1 电路工作原理

光电计数器电路原理图如图1所示.该电路由信号检测（TX05D）、整形（VT1）、计数（CD4026）和显示（数码管）四部分电路组成.  接通电源后，按一下复位按钮SW，计数装置即复零等待计数.TX05D向外发出红外线，当前方一定范围没有障碍物时，TX05D收不到反射回来的红外线，这时TX05D的OUT端输出低电平，三极管VT1截止，其集电极为高电平，即標号为“C”的集成计数器CD4026的CP端为高电平，而CD4026只有在CP端输入脉冲上升沿的作用下才能开始计数，所以此时没有计数输出.当有障碍物经过TX05D前方一定范围时，TX05D发射的红外线有一小部分被障碍物反射回来，经与模块内发光管同向并排的光敏三级管接收，并转换为同频率的电信号，并由TX05D内部进行一系列的放大、解调、整形、比较处理，最后从其OUT端输出高电平，从而使VT1导通，VT1集电极为低电平，即标号为“C”的集成计数器CD4026的CP端为低电平，当障碍物再次离开检测区域时，标号为“C”的集成计数器CD4026的CP端又为高电平，这样其CP端输入由低电平跳变为高电平，作用至标号为“C”的集成计数器CD4026的输入（1脚），其计数为“1”，数码管显示为“001”.同理计数至“10”时，标号为“C”的集成计数器CD4026的CO端输出进位脉冲，使十位上的标号为“B”的集成计数器CD4026计数为“1”，当十位计数到“10”时，标号为“B”的集成计数器CD4026的CO端又输出进位脉冲，使百位上的标号为“A”的集成计数器计数“1”，以此类推.随着计数脉冲的输入，各位集成计数器不断计数并逐渐进位，实现计数的全过程.此集成计数器的计数显示范围为“0～999”.当计数量较大时，可以根据需要增加计数装置的位数，增加一组集成计数器CD4026和数码管就可以增加一位计数显示（后一位集成计数器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采用红外线反射开关TX05D，它是一种一体化的红外线发射、接收器件，其内部包含红外线发射、接收及信号放大与处理电路，能够以非接触形式检测出前方一定范围内的人或物体，并转换成高电平信号输出，可广泛应用在各种自动检测、自动控制等装置中，主要用来检测前方障碍物.

A、B、C是CD4026十进制计数器/脉冲分配器（七段译码输出），分别直接驱动LED数码管D、E、F显示计数.

A和D的标号相同的端相连（例如AD1等），B和E的标号相同的端相连，C和F的标号相同的端相连.

三极管VT1用的是NPN型小功率的9014，这里起脉冲整形作用.

R1～R3用RTX-1/8W电阻，其阻值分别为：R1=9.1kΩ;R2=2.4kΩ;R3=470kΩ.

SW为常闭型按钮开关，平时闭合，使CR端（复零端，15脚）接地为低电平，计数器等待计数，此时若有输入计数脉冲即进行计数.当按动SW使其触点断开时，CR端通过电阻R3接电源正端为高电平，计数器复零.光电计数器实物如图2所示.

3 制作、调节、使用方法

光电计数器结构示意图如图3所示.考虑到有些中学物理老师设计制作印制电路板有些困难，为了降低制作难度，也可以按照电路原理图1，在“面包板”上插元件和导线制作，或者在带有铜箔条“万能试验板”上插元件和导线（用导线把CD4026和数码管的相同标号端连接），然后焊接制作.

另外，也可以制作显示2位数字的电路（把电路图1中的模块A和D去掉）或显示多位数字的电路（增加相应模块）.

该光电计数器由Vcc=5V直流稳压电源供电，可以用实验室现有的直流稳压电源.在传送带（可以用手拉一张纸代替）旁按照图3安装该装置后，为了提高灵敏度，应用“一字”起子调节TX05D侧面灵敏度调节电位器，调整最佳检测距离（5～120cm）.一般以传送带上有产品通过TX05D正前方一定范围时，其侧面动作指示灯能够亮为准.

该光电计数器具有成本低、制作容易、计数准确等特点，特别适合一些中学演示实验用，同时也适合企业产品自动计数使用.

参考文献：

[1] 孙余凯.传感器应用电路300例[M].北京：电子工业出版社，2008.