摘 要： 设计一种可显示记数器，可广泛应用于工业零件及成品的数字记录。采用模块化设计方法，将电路分为电源、光电转换、同步计数及显示四大部分。电源可提供不同电压；光电转换部分由光电开关和继电器组成，其中光电开关采用漫反射E3F⁃DS10C1型；记数部分采用CD系列CMOS芯片；末端通过数码管显示输出。在Proteus软件中对电路进行模拟、调试、修改，可用开关信号来代替光线的有无来实现通断、并仿真完成。实验中连接实物进行测试，结果表明该方案是切实可行的。
关键词： 光电开关； 计数器； 工业产品； 模块化设计
中图分类号： TN29⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2013）08⁃0136⁃02
0 引 言
光电开关属于光电传感器的一种，又称光电接近开关。它由发射器、接收器和检测电路三部分组成。它发射光束一般来源于发光二级管（LED）和激光器。接收器由光电二极管或光电三极管组成。接收器的前面一般还装有光学元件如透镜和光圈等。其后是检测电路，能滤出有效信号并加以应用[1⁃2]。
光电开关的输入电流在发射器上转换为光信号射出，被检物对光束遮挡或反射，接收器将接收到光线的强弱变化转化为电流变化，由同步回路选通电路，来对目标物体进行探测。
利用光电开关，设计出的非接触式数字电子计数器，一般有直射式和反射式两种，可通过红外线发射和接收进行计数，在工业中被广泛应用于元器件及产品的自动计数，还可用于记录机械臂的运动次数。这种计数器在工厂的生产流水线上作产品统计，有着其他计数器不可取代的优点。
1 设计方案
1.1 系统总体方案
采用分模块设计方法，由电源、光电转换、同步计数及显示四大部分组成整个计数器系统。如图1所示。
图1中，电源为整个系统供电，可提供不同电压，以供不同部分使用。
光电转换部分由光电开关及继电器组成：光电开关（实验中采用E3F⁃DS10C1型），设计采用为漫反射型，检测距离10 cm，输出形态为NPN常开[3⁃4]；继电器为电子控制器件，它具有控制系统（输入回路）和被控制系统（输出回路），通常应用于自动控制电路中，是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”，在系统中起着自动调节、安全保护、电路转换等作用。计数功能模块思路有多种，本设计原理如图2所示。
主要采用了NE555、CD4518、CD4511、共阴极数码管。按照图2，利用Proteus软件设计电路并进行了模拟。实际仿真中，可加上一个开关实现通断，对计数器电路进行验证。
1.2 电路设计
各模块设计原理如下：
（1）光电转换部分设计
发光二极管发出的光照射到光敏三极管上，光电开关内部会有光电流产生，一旦有物体遮挡住发光二极管所发出的光线，在光电开关输出端，会有一个高低电平的变化，这个变化转换为脉冲信号经555定时器输出。
（2）同步计数部分设计
555定时器将脉冲信号输入同步加计数器CD4518的CLK接口，它的EN端接电源，根据真值表，它会完成一次加计数。为了完成进位计数，需将低位的Q3端接到高位的EN端，高位计数器的CLK接地，这样就能实现进位计数。
（3）显示部分设计
经过CD4518完成加计数后，将结果输入CD4511并进行译码，通过共阴极数码管显示出计数结果。
1.3 重点问题
仿真过程中，由于无法仿真出光线的变化这一效果，整体电路可通过给计数器一个开关信号来模拟。此外，由于光电开关的工作电压是12 V，而整体电路工作电压为6 V，为了将工作电压统一，可以考虑用一个分压电路，电源输出给光电开关12 V，分压输出6 V给整个计数电路。在具体实验中根据设计完成了实际器件的连接，在适当距离有物体通过时，开始记数。经过检测是完全可行的。
该系统还具有清零及可扩展为多位计数功能。工作人员通过复位开关使两个数码管都显示零，这样可以方便进行人工操作以及确认计数器是否正常工作；该计数器设计只有2位，但通过级联可以扩展为4位、甚至多位，以完成更复杂计数器系统的需求。
2 结 语
作为传感器家族中的重要成员，光电开关具有体积小、硬件少、电路结构简单、控制简单、容易操作及廉价等优点，一直都以其卓越的性能而备受青睐。
随着技术的发展，新一代光电开关产品更是具有延时、展宽、外同步、抗干扰、可靠性高、工作区域稳定和自诊断等智能化功能，被广泛应用于多个行业中。同时，光电开关也朝着体积更小、功能更多、检测精度更高、响应时间更短的方向迈进；它的抗光、电、磁等干扰的能力也更为强大[5⁃6]。很多厂商也开始由单纯提供产品，走向以自己核心产品为核心，向客户提供基于产品的解决方案之路。本文利用光电开关设计出一种两位数字计数器，可将机械或人工计数方式变为电子计数，并且采用LED数码显示、简单直观，可对工业零件进行计数，还可用于其他诸多行业，以满足现代生产、生活等方面的需求[7⁃9]。实际实验的结果也证实了该设计方案是切实可行的，能完全达到实用的目的。
参考文献
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