光电报警器报告完整版Word文档格式.docx
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2014年6月17日
摘要
本文设计了一种光电式报警器，该报警器通过感光器件把光信号转换成电信号，控制数码管的显示以及报警电路。
利用了部分数字逻辑电路，实现能在报警过程中实现对应路数的显示功能。
该报警器的设计采用模块化结构，有三个模块即光电转换模块、数码显示模块以及声光报警模块组成。
各模块功能独立，可扩充性强，很有经济利用价值。
光电报警器的使用简单，可靠性高，人们在日常生活中可以将光电报警器广泛的利用在很多领域，来提高自己日常生活的安全度。
关键词：
光耦，或门，555多谐振荡，光电转换，声光报警
前言1
第1章基本原理与总体设计2
1.1光电报警器的总体设计2
1.2光电报警器原理介绍2
第2章光电报警器电路设计4
2.1光电转换模块设计4
2.2报警模块设计5
2.3数字显示模块设计7
2.4蜂鸣器的结构设计8
实验总结9
参考文献10
前言
随着社会科学技术的迅速发展，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。
本文设计了一种光电式报警器，首先接通电源使光耦导通，通过CD4511译码器使LED显示不同的数字，通过74LS32或门与555定时器构成的多谐振荡电路来实现有选择的间歇式光电报警器。
当光路未被挡住时，光耦输出低电平，通过CD4511使LED显0，当第一路光被挡住时，光耦输出高电平，通过CD4511使LED显1，当第二路光被挡住时，也是光耦输出高电平，通过CD4511使LED显2，当两路都被当时，与上面同样的道理使LED显3，其中当两路信号有任意一路输出为高时，通过74LS32或门，由555构成的多谐振荡器处于工作状态发出间歇式声光报警功能器。
这种报警器不仅在视觉上给人以清晰明了的提示，而且在声音上也给人以提醒，达到了一举两得的功效，很有实用价值。
第1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1.1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1.2工作原理图
第2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<
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240ù
的电阻以防止被击穿。
光电转换电路图见图2.1.1.
图2.1.1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2.1.2和2.1.3。
图2.274LS32的管脚图图2.374LS32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2.2.1）：
图2.2.1555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由电路图可以算出导通时间为：
T=0.7*（510K+2*20K）*330uF=1.235KHZ
图2.2.2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2.3.1
图2.3.174LS247与共阴数码管的链接图
74LS247引脚功能表（图2.3.2）—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。
实验总结
该设计巧妙的将光信号转换成电信号，并且同时在视觉和听觉上对人进行提醒，使用和实用价值都很高。
并且在设计过程中进行模块设计，各个模块功能相互独立，可扩充性很强。
在光电转换模块中，使用了将发光元件和光敏元件合并在一个元件中的光耦，这就大大提高了元件的灵敏度，比用单独的发光器件和光敏器件更方便，准确性还更高。
而且因为使用的是光敏三极管，在接收光信号的同时又进行了放大，这样就省去了外部的放大电路，使得电路在设计的过程中变得更加简单，获得了一举两得的功效。
对于数码显示这一模块，是相对而来说比较简单的部分，只要根据设计要求算出译码器输入端的BCD码基本上问题就解决了，有一点必须注意的是用来驱动数码管的译码器很多，有些是驱动共阴数码管的，有些是用来驱动共阳数码管的，而且在译码器与数码管相连的之间要加入限流电阻，该电阻阻值的选择要根据译码器的输出高电平和构成数码管的发光二极管的额定电压电流来计算获得，并不是随便选择的。
声光报警这个部分最重要的电路就是由555定时器构成的多谐振荡器，在对电路进行设计之前，一看到间歇式报警这个要求时就要想到稳定的矩形脉冲，而能够产生稳定的矩形脉冲的常用的数字电路之一就是由555构成的多谐振荡器，稳定简单，周期计算也简单，而且通过调节电阻电容就能够简单方便的改变工作周期和频率。
总而言之，在根据要求设计数字电路时最佳的方法就是进行模块化设计，这种设计方法思路清晰，别人看起来也容易明白，而且自己对电路进行修改或扩充也比较方便，如果能够真正应用到实际生活中的话，模块化设计的优点会更加明显。
但由于这次设计的电路还是简单了一点，只是将原理以最简单的方式展现出来，所以要想应运于实际生活中还有很多地方有待提高。
参考文献
[1]熊伟等.《multisim7电路设计及仿真应用》.北京：
清华大学出版社，2005.60-97
[2]阎石等.《数字电子技术基础》.北京：
高等教育出版社，2006.70-149
[3]赵淑范，王宪伟《电子技术实验与课程设计》北京：
清华大学出版社，2006.59-84
[4]侯建军等.《电子技术基础实验》.北京：
高等教育出版社，2009.86-120
[5]马建国等.《电子系统设计》.北京：
高等教育出版社，2004.46-83
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