光电报警器电路设计2.docx
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光电报警器电路设计2
东北石油大学
课程设计
课程光电检测技术
题目光电报警器电路设计
院系电子科学学院
专业班级应用物理07-2班
学生姓名李玉鹏
学生学号070901340219
指导教师
2007年3月11日
2011年3月10日
东北石油大学课程设计任务书
课程光电检测技术
题目光电报警器电路设计
专业应用物理07-2姓名李玉鹏学号070901340219
主要内容：
通过报警器和光耦结合的小小的结合来设计一个光电报警器，并分析该报警器各个模块的构成和工作原理。
基本要求：
1、设计光电报警器电路功能框图。
2、设计光嗲报警器的光电转换电路、报警控制电路、译码输出以及显示。
3、调试安装。
4、完成课程设计总结报告。
主要参考资料：
1、阎石。
数字电子技术基础。
高等教育出版社。
1997。
2、庞振泰、王采斐、屈宗明（译）.光电接口器件手册.清华大学出版社.1998
完成期限2011年3月10日
指导教师
专业负责人
2011年3月10日
目录
第1章概述2
1.1课题作用、实用价值2
1.2光电报警器的发展前景2
第2章基本原理与总体设计4
2.1光电报警器的总体设计4
2.2光电报警器原理介绍4
第3章光电报警器电路设计6
3.1光电转换模块设计6
3.2报警模块设计7
3.3数字显示模块设计9
3.4蜂鸣器的结构设计10
第4章电路的安装调试11
4.1元器件的焊接11
4.2电路的调试11
第5章总结12
参考文献13
第1章概述
随着社会科学技术的迅速发展，报警器的应用非常广泛。
在汽车、摩托车报警器，仓库大门，以及家庭保安系统中，几乎无一例外地使用了报警器电路。
人们对报警器的性能提出了越来越高的要求。
传统的报警器通常采用触摸式、开关报警器等。
这类报警器具有性能稳定、实用性强等特点，但是也具有应用范围窄等缺点。
而且安全性能也不是很好。
光电报警就很好的改善了这点。
如今，光电报警器已经广泛应用到工农业生产、自动化仪表、医疗电子设备等领域本实验的设计借助于模拟电路和数字逻辑电路，采用模块化的设计思想，使设计变得简单、方便、灵活性强。
电路简单容易实现，工作稳定，因此得到了广泛的应用。
课题作用、实用价值
本次设计的光电报警器是报警器和光耦结合的小小的结合，但它可以运用到各种生产线上，如纺纱工业的监测各个丝线的有无断点，并加以提示，也可以稍加改进，让其能够计数，记录生产进度，安全性能高，节约了人力资源，并且不易出错，还能运用到人力不能监测的环境。
可见光电报警器的运用能延伸到各个行业。
光电报警器的发展前景
光电技术光电科技是一门结合光学、电子与电机之尖端技术，早期由于技术门槛高，偏重国防与航天领域之发展，并以雷射相关应用为主。
近十余年来，光电相关技术突飞猛进，产品种类也不断推陈出新，其应用更是无远弗届，层面扩及通讯、信息、生化、医疗、工业、能源、民生等领域。
展望光电报警器的未来，在轻量化、便携性、低耗能、高效益、整合强的特性下，将更深入各产业应用范围中。
光电产品因应用广泛已成为众所瞩目之焦点，近来无论在通讯网路、多媒体信息化社会等炙手可热的应用领域上，光电产品都扮演着重要的角色，因此许多专业人士都预见到二十一世纪将是属于「光」的世纪。
为此，无论日、美、欧等先进国家，或亚太新兴国家皆一致看好对光电产业之潜力，对光电市场未来成长潜力皆寄予厚望，并积极投入光电产业的发展。
光电报警器正是众多光电产品中的佼佼者，以其简单、方便、灵活性强的特点让更多的群众受益。
随着科学技术的进步，光电报警器价逐步升级，升级后可使更多的人们受益。
第2章基本原理与总体设计
光电报警器的总体设计
本电路由3部分组成（见框图2.1）：
电信号转换成数字信号系统，数字显示系统，555报警系统。
通过光照光敏3级管输出高低电平来控制74LS247显示数字是哪路被挡，同时由555报警器发出间歇式的报警声。
芯片74LS247是驱动共阴数码管的译码器，所以在共阳数码管之前要加几个330欧的电阻，来避免对元器件的损坏。
图2.1光电报警器框图
光电报警器原理介绍
电路的工作原理（原理图见图2.2），电路中的左侧为第一路，右侧电路为第二路电路，当两路电路都没有被遮挡的时候，光耦是导通的，即光耦上端两端电压都为低，然后经过74LS32或门以后的总的电压为低，低电压与555的管脚4相连，RS使得555输出一直为低，不能驱动蜂鸣器响，故不会响铃，同时光耦上端的的低电平信号与74LS247中的1、7脚输入的信号，输出的信号通过共阳数码管显示为0。
当光耦有其中一路被遮挡后，挡住的光耦不能短路，处于断开，两个光耦上端的点平有一个为高，另一个为低，然后经过74LS32或门以后的总的电压为高，高电压与555的管脚4相连，使得555能够正常工作，产生1.23KHZ的矩形脉冲，使蜂鸣器会响铃。
同时光耦上端的的高、低电平信号与74LS247中的1、7（7、1）脚输入的信号，输出的信号通过共阳数码管显示为1、2。
当两路光耦都被遮挡的时候，光耦就会都不导通，光耦在截止状态，即光耦上端两端电压都为高，然后经过74LS32或门以后的总的电压为高，低电压与555的管脚4相连，使得555输出一直为矩形脉冲，驱动蜂鸣器响，故会响铃，同时光耦上端的的高电平信号与74LS247中的1、7脚输入的信号，输出的信号通过共阳数码管显示为3。
图2.2工作原理图
第3章光电报警器电路设计
光电转换模块设计
光电转换采用光耦，光耦内由发光二极管和光敏三极管构成：
采用5V直流供电，为防止光耦烧坏，应该在二极管串联一个510Ω电阻。
同时挡光的用具可以使用不透明的纸张，光耦中的小功率的发光二极管正常工作电流在10mA～30mA范围内，根据欧姆定律，由I=U/R，U=5V，10mA光电转换电路图见图3.1.1.
图3.1.1光电转换图
光敏3级管受到光照时C，E级相当于短路。
被遮挡时相当于断路。
这就有了高低电平的输出来控制后面的数字电路部分，实际上这部分是实现了把电信号转换成数字信号的功能。
另外电路中还用到了一个或门74LS32管脚图真值表见图3.1.2和3.1.3。
图3.1.274LS32的管脚图图3.1.374LS32的真值表
报警模块设计
考虑到间歇性声光报警电路可以采用555振荡电路实现，首先了解555芯片的结构性能（555心芯片管脚图见图3.2.1）：
图3.2.1555芯片管脚图
通过555定时器构成自激多谐振荡器产生的矩形脉冲来控制喇叭的间歇式的叫声。
对于多谐振荡器可根据T=0.7*（R12+2R13）*C1来确定间歇时间，导通时间为T1=0.7*（R12+R13）*C1，充电时间T2=T-T1由电路图（3.2.2）可以算出导通时间为：
T=0.7*（510K+2*20K）*330uF=1.235KHZ
图3.2.2报警器电路图
555定时器的功能主要由两个比较器决定。
两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。
在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC/3，C2的反相输入端的电压为VCC/3。
若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。
如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。
数字显示模块设计
显示电路选择74LS247和共阴7段LEDS译码管。
连接图见图3.3.1
图3.3.174LS247与共阴数码管的链接图
74LS247引脚功能表（图3.3.2）—七段译码驱动器功能表
译码显示电路如下：
实现1端和7端为低电平时，数码管显示0；1为高电平7为低电平时，数码管显示1；1为低电平7为高电平时，数码管显示2；1为高电平7同时为高电平时，数码管显示3。
74LS247是一款低电平驱动的数字译码芯片，输出有效点位为低电平，可以配上共阳的数码管，我们也可以选着74LS48高电平驱动的和共阴数码管，更具自己的喜好选着不同芯片，本为采用的是74LS247。
芯片74LS247动共阴数码管的译码器，所以在共阳数码管之前要加8个100欧的电阻，以保护数码管不被烧坏，倘若数码管显示的过与亮了就要增大电阻的阻值
蜂鸣器的结构设计
压电式蜂鸣器压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。
多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。
当接通电源后（1.5~15V直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出1.0~2.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。
压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。
在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。
第4章电路的安装调试
元器件的焊接
对元件进行组装焊接，对实验条件进行准备。
电路的调试
接好电路，接通电源，看到的是数码管显示0，表示正常。
接着拿小刀挡住光敏三级管，不管挡住哪路都没有反应，数码管还是显示0，而且报警器也没有报警。
问题出现：
随即就拿5V电压直接接到555多谐电路，蜂鸣器发出响声，说明这部分电路没有问题。
之后就从译码器的A，B端牵出2根导线，先将其中1路接到5V电源，2路接地，结果数码管显示为1，1路接地，2路接电源，数码管就显示2，两路都接电源时就显示3。
所以这部分也没错。
那就是光耦中的发光二级管和光敏三级管的问题了，一想可能是和发光二级管和光敏三级管串联的电阻阻值太小了导致烧掉了，测量了电阻才发现电阻阻值与其上表的相差太多，二十欧的电阻居然只有不到两欧，当时把元件拿到手的时候自己没有拿万用表测一下，于是换了电阻和光耦，焊接好之后，重新接好电源，正常了。
在预定的条件下进行系统的整体性能进行检测，对一定条件下的输出值记录。
得到足够数量的数据进行整体性能分析，得到结论，实际电路符合设计的要求，符合设计的预定结果。
第5章总结
这次光电检测课程设计是一次综合性的实践过程，是对我们所学的光电检测技术的一次归纳总结。
实验过程中碰到的刚开始不能正常显示并且运行的情况完全是粗心导致的，当时如果认真点的话就不会出现了，可能就是一下完成了。
所以，通过实验意识到要从现在开始养成那种细心的好习惯。
这对以后的课程设计甚至是毕业设计都非常有帮助。
再者通过这次实习锻炼了自己的动手及查资料的能力。
也体会到了成功带来了的喜悦。
可以说是获益非浅。
再次反过来思考这个电路图，整个电路简单明了，可以根据此电路图应用到实际中去，红外发射管都用那种远程的功率大，距离远，还可以扩展到多路的数字显示，应用广泛，报警电路也可以改进发出不同的声音。
可以说是十分有利用价值。
参考文献
[1]杨兴瑶。
实用电子电路500例。
化学工业出版社。
1996。
[2]阎石。
数字电子技术基础。
高等教育出版社。
1997。
[3]庞振泰、王采斐、屈宗明（译）.光电接口器件手册.清华大学出版社.1998
东北石油大学课程设计成绩评价表
课程名称
光电检测技术
题目名称
光电报警器电路设计
学生姓名
李玉鹏
学号
070901340219
指导教师姓名
职称
序号
评价项目
指标
满分
评分
1
工作量、工作态度和出勤率
按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。
20
2
课程设计质量
课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。
45
3
创新
工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或有一定应用价值。
5
4
答辩
能正确回答指导教师所提出的问题。
30
总分
评语：
指导教师：
年月日
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