一种色差检测系统的研制Word文件下载.docx

一种色差检测系统的研制Word文件下载.docx

《一种色差检测系统的研制Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种色差检测系统的研制Word文件下载.docx（33页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

反射式检测器是一种从检测器发射出探测信号，经被测对象反射回检测器内部的接收器件，从而产生电信号的探测装置。

根据接收器件的原理及灵敏度，反射式检测器又可分为普通反射式红外检测器及色差检测器。

1普通反射式检测器：

普通反射式红外检测器是由光敏接收反射光产生单一的电信号。

2色差反射式检测器：

色差检测器据不同的反射光谱，生产不同的电信号，以区别不同的物质。

三、基础知识和基本理论

（一）、741648位移位寄存器

1、74164移位寄存器的结构

74164的引脚如图3-1，第1、第2脚为控制输入端，第9脚为清除复位端，第8脚为时钟脉冲输入端，第7脚接地，第14脚电源端，第3~6、10~13脚为信号输出端。

图3-174164引脚图

2、74164移位寄存器的工作原理

74164各控制端的先后顺序为

—CP—A或B，当

为低电平时，不论CP、A、B为何种电平，输出均为低电平。

当

为高电平，CP为低电位，A、B不改变时，则各输出端均为原始值。

为高电平，CP上升沿时，若A、B为高电平输入，则QA为高电平输出，QB输出QA上一脉冲值，QC输出QB上一脉冲值，同理，QH输出QG上一脉冲值。

为高电平，CP值上升沿，B不变，A为低电平时，则QA输出低电平，

QB输出QA上一脉冲值，QC输出QB上一脉冲值，…，QH输出QG上一脉冲值。

为高电平，CP值上升沿，A不变，B低电平输入时，则QA低电平输出，QB输出QA上一脉冲值，QC输出QB上一脉冲值，…，QH输出QG上一脉冲值。

综上所述，得出功能表（表3-1）

表3-1功能表

输入

输出

CP

A

B

QA

QB

…QH

L

×

H

QAO

QBO

QHO

QAn

QGn

波形如图3-2：

QC

QD

QE

QF

QG

QH

图3-274164波形图

以下是74164移位寄存器各型号的参数（表3-2）

表3-2典型参数

项目

大小

输入

IN

输出

OUT

N

LS

ALS

F

AC

ACT

HC

HCT

BC

BCT

单位

fmax

min

CLK

25

60

80

21

22

MHZ

tw

CLK,CLR

20

7

5.0

8.0

23

ns

tsu

SERIAL

15

4.5

13

thold

5

12

1

1.5

4

tpd

max

CLEAR

Q

36

11

14

13.5

14.5

51

48

32

10

10.5

12.5

44

45

Icc

OPEN

54

27

55

0.08

mA

Im

ALL

40

0.2

μA

In

1.6

0.4

0.1

0.6

IOH

24

2

IOL

8

（二）、555时间电路

1、555时间电路的基本特性

555时间集成电路外形封装有TO-99和DIP-8（小型双列8脚）；

少数产品如RV6555DC、LB8555及M52051采用DIP-14脚封装；

还有内含相同的两个时间电路称为双555型或556型的均采用DIP-14脚封装外壳。

如图3-3所示。

其中7555、7556是采用CMOS工艺制成的555、556电路。

图3-4是555的内部等效电路。

555的原始产品是NE555，后为竞相仿制的有LM555、μA555、XR-555、5G1555等统称为“555”。

它们的等效电路、形式和内电阻值虽略有区别，但基本结构（见图3-4）并无根本的差别，并且按内部电路功能结构都可简化成图3-5的形式。

由图可见，它具有控制、触发、电平检测比较以及放电和输出放大等功能。

图3-3555引脚排列图

图3-4555内部等效电路

555内部电路的中心是三极管Q15和Q17加正反馈构成的RS触发器。

输入控制端有直接复位R，通过比较器A1复位控制的TH、通过比较器A2置位的T。

输出端为F，另外还有集成电路开路形式的放电端DIS。

优先控制的顺序依次为

、

、TH。

图3-5555等效功能框图

表3-3是555及7555的极限参数，不同的封装形式及不同的生产厂家产品，各参数值会略有不同。

所谓极限参数，仅是不损坏的厂家保证界限，并非可以工作的条件。

若在高温（65℃以上）环境下使用，则允许功耗降低，要保证器件内结温在150℃以下。

其热阻约为45~100℃/W，根据外壳封装材料及形式而不同。

表3-3555/7555极限参数

参数

555

7555/7556

电源电压

+18

允许功耗

600mW

200mW/300mW

工作温度TOPA

0~+70℃

－10~+70℃

军用－55~+125℃

－40~+85℃（双列）

－55~+125℃（金属壳）

存贮温度TSTG

－565~+150℃或－65~+175℃

引脚温度

300℃（焊10s）

表3-4是555的电气特性参数，这也可以看成是所有555型产品的典型参数。

由表1.2可见，作为RC时间振荡电路，555具有较高的精度和稳定性，单稳定时初始精度在计算值的1%之内，电源电压变化引起的漂移仅为0.1%/V，温度变化引起的漂移也仅为50ppm/℃（即0.005%/℃）左右。

表中的测试条件除另有注明外，均为TA=25℃、VCC=+5~15V，NE555的工作温度在0~+70℃，SE555为－55~+125℃（常称为军用品温度范围）。

表3-4555电参数

条件

NE555

最小

典型

最大

电源电压VCC

16

V

电源电流ICC

VCC=5V,输出低,空载

3

6

VCC=15V,输出低,空载

5~15V,输出高,空载

初始定时精度

C=0.1μF

%

温度漂移

RA、RB=1~100kΩ

50

ppm/℃

VCC变化引起漂移

0.01

%/V

阈值电压VTH

2/3

VCC

触发电压VT

VCC=15V

VCC=5V

1.67

触发电流IT

0.5

复位电压VR

0.7

复位电流IR

阈值电流ITH

（注）

0.25

控制电压电平VC

9

2.6

3.33

输出低电平电压VOL

VCC=15V，吸10mA

VCC=15V，吸50mA

0.75

VOL

吸100mA

吸200MA

2.5

吸8mA

吸5mA

0.35

输出高电平电压VOH

放200mA

放100mA

12.75

13.3

2.75

3.3

输出上升时间TR

100

输出下降时间TF

注：

ITH决定RA+RB的最大值，在VCC=15V时的最大总电阻值R=20MΩ。

2、555延时器单稳态工作原理

图3-6示出单稳态工作的方式。

先看R51=∞即无该电阻器的情形，VC端（即第5脚）电压为VCC的三分之二，TH端（即第6脚）阈值电压为VCC的三分之二，

端（即第2脚）触发电压为VCC的三分之一。

在未受触发的预备状态即稳态时，DIS及F端（第7脚及第3脚）同时为地电平或低电平状态，定时电容器C通过DIS接地。

复位端R虽然只要加上0.4~1V以上电压即可，但为防止干扰的影响，还是应连接到电源VCC才能保证可靠工作。

C2的作用是防止干扰电压加到VC端，以免改变预先设定的单稳定时间隔（脉宽）。

C1和R1微分电路将触发脉冲变成脉宽约1μs的窄脉冲去触发第2脚（下跳沿起作用），这样可避免上跳沿形成的误触发。

图3-6单稳态延时触发器

端由输入脉冲下跳沿触发且脉冲电压低于VCC的三分之一时，内部触发比较器翻转就使内部触发器（FF）置位，于是进入准状态——输出F为高电平，放电端DIS内部开，从而解除了电容器C的箝位。

电源电压开始通过定时R向C充电，充电时间为常数RC。

直至C上电压VRC上升达三分之二时，阈值比较器翻转使内部FF复位，输出F端回到低电平。

电路一旦受触发后，在准稳态期间再次出现的触发脉冲就不再起任何作用，但是复位端R若下降为低电平（0.4V以下），则可以使准稳态提前结束。

单稳延时即准稳态时间t是C上电压从零充电至VCC的三分之二，即满足下式

ΔV=2/3VCC=VCC（1－e-t/RC）

由此可得延时或定时时间为

t=－RCln（1/3）

≈1.1RC

（三）、CD4001四2输入并出或非门与RS触发器

1、CD4001

CD4001由4个二输入或非门单元电路构成，其引脚排列见图3-7所示。

或非门是执行逻辑或非功能的电路，其逻辑符号和真值表如表3-6所示，逻辑关系的特点为：

只有当输入端全部为低电平“0”时，输出端为高电平“1”；

在其余状态下，输入端均为低电平“0”。

或非门逻辑关系表达式为：

Y=

，式中，Y为输出端，A、B为输入端。

图3-7CD4001引脚图

表3-6或非门符号及真值表

输入端A

输入端B

输出端Y

2、触发器的电路结构与动作特点

基本RS触发器（又称R-S锁存器）是各种触发器电路中结构形式最简单的一种。

同时，它又是复杂电路结构触发器的一个组成部分。

（1）、电路结构与工作原理

我们知道，各种门电路虽然都有两种不同的输出状态（高、低电平，亦即1、0），但都不能自行保持。

例如在图3-8所示电路中，如果只有一个或非门G1，那么当另一个输入端接低电平输出时ν01的高、低电平将随输入ν11的高、低电平而改变。

因此它不具备记忆功能。

图3-8用或非门组的成的基本RS触发器

（a）、（b）电路结构（c）图形符号

如果用另一个或非门G2将ν01反相（同时将G2的另一个输入端接低电平），则G2的输出ν02将与ν11同相。

现将ν0接回G1的另一个输入端，这时即使原来加在ν11输入端上的信号消失了，ν021和ν02的状态也能保持下去。

这样就得到了图3-8（a）中由两个或非门所组成的基本RS触发电路。

由于G1和G2在电器中的作用完全相同，所以习惯上将电路画成图3-8（b）的对称形式。

Q和

称为输出端，并且定义Q=1，

=0为触发器的1状态，Q=0，

=1为触发器的0状态。

SD称为置位端或置1输入端，RD称为复位端或置0输入端。

当SD=1、RD=0时，Q=1，

=0。

在SD=1信号消失以后（即SD回到0），由于有Q端的高电平接回到G2的另一个输入端，因而电路的1状态得以保持。

当SD=0、RD=1时，Q=0，

=1。

在RD=1信号消失以后，电路保持0状态保持不变。

当SD=RD=0时，电路维持原来的状态不变。

当SD=RD=1时，Q=

=0，这既不是定义的1状态，也不是定义的0状态。

而且，在SD和RD同时回到0以后无法断定触发器将回到1状态还是0状态。

因此，在正常工作时输入信号，应遵守SDRD=0的约束条件，亦即不允许输入SD=RD=1的信号。

将上述逻辑关系列成真值表，就得到表3-7。

因为触发器新的状态Qn+1（也叫作次态）不仅与输入状态有关，而且与触发器原来的状态（也叫做初态）有关，所以把Qn也作为一个变量列入了真值表，并且把Qn称做状态变量，把这种含有状态变量的真值表叫做触发器的特性表（或功能表）。

表3-7用或非门组成的基本RS触发器的特性表

SD

RD

Qn

Qn+1

0*

*SD、RD的1状态同时消失后状态不定。

（四）、三端固定正电压集成稳压器7800系列

7800系列按输出电压为5V，6V，9V，12V，15V，18V，24V，命名为7805，7806，7809，7812，7815，7818，7824；

按负载电流为0.5A，1.5A分类为W78M00和W7800。

为了方便，下面以W78M24为例进行论述。

图3-9集成稳压器7800系列

图3-9是7800系列的线路图。

启动电路是由电阻R4，R5，R6，稳压二极管VDW1、晶体三极管VT12，VT13组成。

当电路接通电源时，输入电压Ui使电阻R4和稳压二极管VDW1支路流过电流，此时VDW1有7V的稳压电压，从而使VT12管导通，约为1mA的恒定电流流过电阻R5，R6，R7。

这时有电流注入VT13管，使VT13管导通，从而有电流通过VT1，VT7，R1支路。

VT13的集成电流流过VT9，VT8镜像电流源，使其正常工作。

在整个电路工作正常后，VT13管截止，起动电路与基准电路的联系被切断。

误差放大器是共射放大器，它由VT3，VT4，及VT9构成。

为提高误差放大器的输入阻抗，VT3，VT4接成达林顿型式。

为增大误差放大器电压增益，用VT8，VT9管组成的电流源作为集电极的有源负载。

接成达林顿结构的VT16，VT17管是调整器件，也具有很高的输入阻抗，它由误差放大器VT4的集电极输出推动，这样，整个放大器都有极高的增益。

基准电压源电路是由R1，R2，R3，R4，VT1，VT2，VT3借助于VT4，VT5，VT6，VT7，和R15组成，它属于能带间隙式基准电压源电路。

取样电阻是由R19和R20组成。

输出电压的变化量与基准电压比较后送入误差放大器VT3，VT4的基极。

由于VT3，VT4本身的E，B极PN结电压是基准电压的组成部分，所以误差放大器的工作状态受温度影响不大，工作稳定性很好。

假设由于负载变化引起输出电压增加，其变化量由电阻R19，R20取样后返销到误差放大器VT3基极使其电位提高，从而VT3，VT4集电极电流提高，其集电极电位下降，即调整管其极电位下降，输出管压差变大，输出电压降低，抵消了原来输出电压增大的变化，使输出电压保持稳定。

过流保护是由R11和VT15完成的。

R11串联在调整管VT17的发射极和输出端之间。

当输出电流超过额定值时，即R11压降超过0.7V时，VT15管导通，使VT16管基极电位降低，减少注入，从而限制了输出电流。

R13，VD2，R12，和VT15管组成了调整安全工作区保护电路。

在容许的工作电流下，VT17管的基-射压差限制在一定范围里（约7V），超过这个范围时，R13，VD2支路将有电流通过，其中一部分注入VT15管的基极使其工作，限制VT17的输出电流。

VT17管集射压差越大，VT15管基极注入电流越大，VT17集电极电流就减少得越多，使VT17的工作电压、电流保持在安全工作区内。

R7和VT14组成了过热保护电路。

R7是正温度系数的扩散电阻，VT14管的E，B结电压具有负的温度系数，VT14管的集电极接在VT16管的基极上。

温度较低时，R7上的压降不足以激励VT14管导通，对输出调整管没有影响。

当芯片温度达到临界值时，R7上的压降升高，VT14管导通，VT14集电极电位降低，从而减小VT16，VT17的输出电流，减小芯片功耗，降低芯片的温度，达到过热保护的目的。

四系统的实现

（一）、系统设计指标

（1）因BE卷烟包装机组生产能力为8000支/min，每包烟内有20支，则要求检测系统的工作频率

＞

÷

60=6.67Hz。

（2）有声音报警及自动剔除功能，声音报警延时约2秒，剔除位置在检测器后第11步。

（3）因设备上的空间有限，要求检测距离为0~50mm。

（4）工作环境温度：

20~24℃。

（5）封签纸颜色与烟包商标纸颜色不同。

（6）设备供给电压VDD：

+DC24V。

（二）、初步方案

1、系统的初步设想

在生产过程中，操作工人繁忙，且机器运行速度很高，不能等操作人员手工剔除无封签烟包，检测系统必须有自动剔除装置，同时，为了防止有漏剔现象，提醒工人注意，还要有铃声报警系统。

烟包通过一段长900mm、宽60mm的导轨时，由检测器检测是否有封签纸并报警，当烟包运行至第11步时把无封签烟剔除，完好烟包继续进入下一道工序（见图4-1）

检测器

图4-1烟包检测流程图

2、系统的组成

图4-2烟包检测原理图

BE卷烟包装机缺封签纸检测系统的组成如图4-2，由色差检测器检测封签纸，当有封签纸的烟包通过时，检测器输出低电平，铃声报警不进行，剔除机构不执行；

当无封签纸的烟包通过时，色差检测器输出高电平，铃声报警部分即时执行报警，铃声持续一段时间后，自动停止，恢复至原来的状态。

在执行铃声报警的同时，自动剔除机构开始计位，当无封签纸烟包运行到规定位置时，信号传给继电器，带动电磁阀，控制剔除执行机构把烟包剔除之后自动复位，为下一操作准备。

根据原理图，可把系统分为同步信号整形模块、移位模块、稳压电源模块、剔除模块、色差检测模块和延时报警模块六个模块，见总体设计框图（图4-3）

图4-3总体设计框图

（三）、系统的设计（见图4-4）

1、检测器的选择

由于卷烟的封签纸为纸质，电磁式检测器是无法检测的，不能使用电磁式检测器。

若使用对射式检测器，由于有无封签纸的烟包都能遮挡检测光，所以无法检测出封签纸是否存在。

因封签纸与烟包顶部的颜色不同，两者返回的光谱也不同，所以色差检测器能很好地区分封