光电式报警器设计Word格式.docx
《光电式报警器设计Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光电式报警器设计Word格式.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
第一章光电式报警器的原理及总体设计
1.1总体电路设计
本电路由3部分组成：
光电转换电路、数字显示电路、声光报警电路。
设计双光路结构，通过光照光敏三级管输出高低电平来控制74LS247显示数字是哪路被挡，数码管显示被遮挡的路数，无遮挡时数码管显0，1路被遮挡时数码管显1，2路被遮挡时数码管显2，同时被遮挡时数码管显3。
当任一光路被遮挡时，报警器发出间歇式声光报警。
芯片SN74LS247N是驱动共阳数码管的译码器，所以在共阳数码管之前要加几个100欧的电阻。
光电式报警器框图
1.2光电报警器原理介绍
电路的工作原路如图，电路中的上侧为第一路，下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。
第二章光电报警器电路设计
2.1光电转换模块设计
光电转换电路图如图2.1.1所示：
图2.1.1
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<
I<
30mA，故与红外发光二极管串联的电阻值为510欧，光敏三管级管要串联一个24千欧的电阻以防止被击穿。
当接通电源的时候，发光管发光，光敏三极管的基极电流增加，发射结的电压增大，当超过三极管的导通电压（一般为硅管为0.7V，锗管为0.3V左右）时，三极管就会导通，当基极电流继续增加时，三极管会饱和导通，此时三极管相当于工作在开关的闭合状态，B点相当于直接接地，所以B点输出为低电平“0”。
当一旦有东西遮在发光管和光敏三极管中间时，三极管的发射结电压降低，达不到它的导通电压，三极管截止，此时相当于工作在开关的断开状态，B点电势接近电源电压即为高电平“1”。
2.2数字显示模块设计
数字显示电路选择SN74LS247N和共阳7段LEDS译码管，电路图如图2.4.3所示：
图2.2.1
74LS247管脚图如图2.2.2所示：
图2.2.2：
74LS247管脚图
74LS247真值表如图2.2.3所示：
图2.2.3：
SN74LS247N真值表
译码显示电路如下：
实现A,B,C和D为低电平，数码管显示0。
只有当A为高电平显示1。
只有当B为高电平显示2。
A,B为高电平则显示3。
74LS247为BCD—七段译码器/驱动器，低电平时有效。
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。
数码管分为共阳数码管和共阴数码管。
发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。
7段LED数码管在一定形状的绝缘材料上，利用单只LED组合排列成“8”字型的数码管，分别引出它们的电极，点亮相应的点划来显示出0-9的数字。
LED的电流通常较小，一般均需在回路中接上限流电阻。
此模块由SN74LS247N及共阳数码显示器组成，74LS247驱动共阳数码管工作。
74LS247的2，6脚因无输入，故接低电平，3，4，5脚接高电平，而1,7脚则与光电转换模块中光敏三极管输出的连接。
此时74LS32正常工作，驱动共阳数码显示器工作，以显示数字0到3。
2.4声光报警模块设计
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定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。
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A1的反相输入端的电压为2VCC/3，A2的同相输入端的电压为VCC/3。
若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器A2的输出为1，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A1的输出为1，A2的输出为0，可将RS触发器置0，使输出为0电平。
声光报警电路图如图2.4.1所示：
图2.4.1
光报警选择发光二极管，声音报警选择蜂鸣器。
如果要求发出间歇式的报警，则肯定要求驱动蜂鸣器和发光二极管的信号为稳定的方波，即为有固定周期的高低电平，因此采用由555构成的多稳态触发器。
间歇式报警的周期可以根据555多稳态触发器周期的算法
T=0.7*（R5+2R6）*C1
但是如果周期选择得太大的话，间歇的时间就太长，周期太小的话，人耳就无法感觉出有间歇，一般人耳的间歇感知度为0.1s，因此R5、R6选得大一点分别取200kΩ和100kΩ，C1适中取1uF，间歇报警的周期为0.7*（200kΩ+100kΩ*2）*1uF=0.28s,频率约为1/0.28s=3.5Hz。
电容C2的作用是滤波，所以选得小一点更将有利于将交流引入大地，所以取C2=0.01uF。
由于设计的要求是有时需要报警电路工作，有时不需要报警，因此可以用前级电路的输出电平来控制555定时器的复位端即4端口。
当4端输入高电平的时，声光报警器开始工作；
当输入低电平的时，声光报警器不工作。
第三章Proteus电路仿真
3.1Proteus电路仿真
当两路没有被遮挡时，光耦导通，输出低电平，数码管显示0，蜂鸣器不报警，如图3.1.1
图3.1.1显示电路
当1路被遮挡，2路没被遮挡时，数码管显示1，蜂鸣器报警，如图3.1.2
图3.1.2显示电路
当2路被遮挡，1路没被遮挡时，数码管显示2，蜂鸣器报警，如图3.1.3
图3.1.3显示电路
当两路都被遮挡，数码管显示3，蜂鸣器报警，如图3.1.4
图3.1.4显示电路
第四章电路焊接调试过程与测试结果分析
1焊接注意要点
焊接时，每焊接完一个模块都要进行调试。
不要把所有的电路全部焊接完了再进行调试，否则如果出现问题将会很难查出来，而且还会给修改电路带来不必要的麻烦。
芯片的管脚要正确读取，接电源的管脚和接地的管脚不搞反了。
万能板上的电源线和地线要分清楚，焊接时千万不要搞错了。
芯片的安装要注意芯片管脚和插座管脚要对应。
数码管的两个公共端要分别接电阻后再接地。
2调试要点
调试用到的仪器有：
数字万用表、5V直流稳压电源。
调试分模块进行调试
第一步:
将光电转换部分焊接完毕后，接通电源，用数字万用表分别测试挡光和不挡光A、B两点的电压，第一次测试结果是挡光和不挡光的电压值都一样，这说明电路出现了问题，关闭电源，用万用表的蜂鸣档检查电路是否有短路和断路的地方，结果没有，然后又检查了是否将电路焊错了，器件管脚是否搞错了，仔细一检查才发现是将光耦中光敏三极管的发射极和集电极搞反了，将电路改正后再次用万用表测试，结果是不挡光时A=B=0.25V，挡光时A=B=4.7V，符合高低电平的要求，可以焊接下一个模块。
第二步:
将数码显示部分的译码器和数码管焊接完毕后，一接通电源，数码管就显示0，用纸片遮挡住光路1，数码管显示1，遮挡住光路2，数码管显示2，同时遮挡，数码管显示3，符合设计要求，说明数码显示这个模块没有出现问题，可以焊接下一个模块。
第三步:
将74LS32和光电报警部分焊接完毕后，接通电源，声光报警部分不工作，用纸片遮挡住光路1，发出间歇式声光报警，遮挡住光路2，也发出间歇式声光报警，同时遮挡，同样能发出间歇式声光报警，符合设计要求，这部分也没有出现问题，所有电路全部焊接调试完毕。
最后调试成功后的电路实现的功能为：
1.当任一路光被遮挡时，报警器发出间歇式声光报警。
2.LED显示被遮挡的路数，两路都没有被遮挡显示0，1路被遮挡显示1，2路被遮挡显示2，两路同时被遮挡显示3。
3问题分析
结论
在这次设计中，通过对“光电式报警器”的设计、安装以及调试，我从中学到了不少知识。
在本次实验中，我学到了做任何事情都要有耐心，电路焊接完成并不代表你已经成功了，测试也是一个很重要的阶段。
在测试的过程，我掌握了一些电路调试的方法和一般规律，同时也掌握了如何来检查和排除实验中的所遇到的一些常见故障。
并不是电路在电脑上能仿真出来连接到电路板上就能测试成功，可能在实验的过程中要不断修改方案。
参考文献
[1]郭明琼，李潇，卿太全。
《常用数字集成电路原理与应用》。
人民邮电出版社。
2006。
[2]康华光。
《电子技术基础》-数字部分（第五版）。
高等教育出版社。
[3]华成英，童诗白。
《模拟电子技术基础》（第四版）。
[4]姜雪松，王鹰。
《电磁兼容与PCB设计》。
机械工业出版社。
2008。
[5]杨欣，王玉凤，刘湘黔。
《电路设计与仿真—基于Multisim8与Protel2004》。
清华大学出版社。
[6]陈雅萍。
《电子技能与实训---项目式教学》。
2007。
[7]于彤。
《传感器原理及应用—项目式教学》。
附录
附录一:
元件清单
序号
名称
型号
数量
1
光耦
2
芯片
74LS247
3
74LS32
4
555
5
电阻
100Ω
7
6
130Ω
510Ω
8
2kΩ
2
9
24kΩ
10
100kΩ
11
电解电容
220uF
12
瓷片电容
0.1uF
13
发光二级管
LED
14
二极管
15
共阳数码管
16
蜂鸣器
附录二:
电路实物图
谢辞
本论文是在导师刘伟波悉心指导下完成的。
刘老师渊博的专业知识、认真工作及专心科研的作风、精益求精的治学态度，以及公正、正直的为人一直给予本人潜移默化的影响，同时本人还得到卞丽、齐爱学和李志远老师的悉心指导。
三位老师广博的知识和平易近人的态度令本人深为佩服和感动，在他们的教导下，本人不仅学到了丰富的专业知识和实验技能，而且获得了宝贵的为人处世之道，使本人无论在科研工作上还是生活上都受益非浅。
在此，本人向三位老师表示衷心的感谢和敬意。
在本人的学习和生活中还得到了很多其他老师的教诲和同学的帮助关心。
感谢物理系老师在课题的进行中给予的帮助和建议。
此外，还要感谢物理系创新实验室为论文的撰写提供的支持。
最后感谢所有支持和帮助本人的人。
忽略此处..
升级会员 