光电课程设计方案报告光电报警系统设计方案与实现.docx
《光电课程设计方案报告光电报警系统设计方案与实现.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光电课程设计方案报告光电报警系统设计方案与实现.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
光电课程设计方案报告光电报警系统设计方案与实现
课程设计总结报告
课程名称：
《光电技术》课程设计
学生姓名：
系别：
物理与电子学院
专业：
电子科学与技术
指导教师：
2012年05月20日
一、设计任务书1
二、实验仪器1
三、设计框图及整体概述2
四、各单元电路的设计方案及原理说明3
五、调试过程及结果7
六、设计、安装及调试中的体会9
七、附录10
一、设计任务书
1、课题
光电报警系统设计与实现。
2、目的
（1）本课程设计的基本目的在于巩固电子技术、光电技术、感测技术以及传感器原理等方面的理论知识，从系统角度出发，培养综合运用理论知识解决实际问题的能力，并养成严谨务实的工作作风。
通过个人收集资料，系统设计，电路设计、安装与调试，课程设计报告撰写等环节，初步掌握光电系统设计方法和研发流程，逐步熟悉开展工程实践的程序和方法。
本课程设计作为电子科学与技术（光电子方向）的入门类的课程设计，增加学生的兴趣。
配合其它课程设计进一步加强对相关知识的深度了解。
（2）通过本电路的设计、安装及调试，掌握简单的光与电的接口设计。
巩固模电、数字和光电课程相关知识，熟悉DXP2004软件的使用。
3、设计要求
（1）基本要求
用
构成占空比为0.5多谐振荡器作发光二极管的调制电源，并对参数选择进行分析说明；选用
构成比较放大器进行报警电路设计；画出所做实验的全部电路图，并注明参数；记录调试完成后示波器输出的各测量点电压波形。
二、实验仪器
万用表1台
多功能面包板1块
直流稳压电源1台
.
.
双通道数字存储示波器1台
三、设计框图及整体概述
光电报警系统是一种重要的监视系统。
目前其种类日益增多。
有对飞机、导弹等军事目标入侵进行的报警系统；也有对机场、重要设施或危禁区域防范进行报警的系统。
红外报警系统是各种报警器中使用最多的一种，它是利用在红外波段的光电探测器制作的一种光电探测系统。
常用的红外报警器，按其工作方式可分为被动式和主动式两种。
被动式红外报警器只有接收部分，当有人和物体进入其监视范围之内时，人或物体发出的红外辐射被相应的红外探测器接收后，经过信号放大和处理，就会发出报警。
主动式红外报警器的原理框图如图1所示。
由红外光源发出的红外辐射被红外探测器接收，红外辐射信号变为电信号，经信号放大和处理电路后送报警电路。
这种报警器实际上分成发送和接收两部分，分开放置。
当没有人和物体进入这两部分之间，红外辐射没有被阻挡时，报警处于一种状态，不报警。
一旦有人或物体进入这两部分之间。
红外辐射被阻挡，报警器立即翻转到另一种状态，即可报警。
图1主动式红外报警器原理框图
一般来说，被动报警系统的保密性好，但是设备比较复杂；而主动报警系统可以利用特定的调制编码规律，达到一定的保密效果，设备比较简单。
考虑到元器件及其他设备要求，本课程设计采用主动式红外报警器工作方式。
四、各单元电路的设计方案及原理说明
1、用
定时器构成多谐振荡器作调制电源
555定时器是一种应用方便的中规模集成电路。
应用十分广泛，可装如下几种电路：
单稳类--作用：
定延时，消抖动，分（倍）频，脉冲输出，速率检测等。
双稳类--作用：
比较器，锁存器，反相器，方波输出及整形等。
无稳类--作用：
方波输出，电源变换，音响报警，电控测量，定时等。
（1）
电路结构
定时器的内部电路由分压器、电压比较器
和
、简单
锁存器、放电三极管
以及缓冲器
组成，
集成电路的内部结构如图2所示，管脚图如图4所示。
图2NE555集成电路的内部结构图
8
7
6
5
1
2
3
4
NE555
图3NE555集成电路管脚图
（2）由
定时器组成的多谐振荡器
NE555集成电路的内部结构可参看图2。
用它构成占空比为0.5的多谐振荡器原题图如图4所示。
下面对照电路图简述其工作原理及参数选择。
当3脚为高电平（略低于Vc时），输出电压将通过R1对C1充电。
A点电压按指数规律上升，时间常数为R1C1。
当A点电压上升到上限阙值电压（约2Vc/3时），定时器输出翻转成低电平（略大于0V）。
这时，A点电压将随C1放电而按指数规律下降。
当A点下降到下限阙值电压（约Vc/3）时，定时器输出变成高电平，调整R2的阻值得到严格的方波输出。
用NE555组成振荡器来驱动发光管时，要注意发光管上串联一个限流电阻。
使输出电流小于或等于发光管的最大正向电流
。
若振荡器输出电压为Vo，则限流电阻R取值为
如果限流电阻低于上述公式所得值，或未加限流电阻，则会造成发光管和定时器烧毁。
注：
1地GND2触发3输出4复位
5控制电压6门限（阈值）7放电8电源电压Vcc
图4多谐振荡器
（3）发射端电路
图5振荡发射电路原理图
2、用
放大器构成接收放大电路
由于光电探测器即热释电探测器所处的空间有限，在探测器上直接实现信号的处理是十分困难的。
我们可以在靠近探测器的位置上放置小型前置放大器，用来放大探测器的输出信号，变换它的输出阻抗，改善分路电容效应以展宽探测器的频带，使电信号经过这些处理后能够通过低阻抗屏蔽式电缆，成功地传输到信号处理系统的有关电路部分。
通过以上分析我们可以知道，前置放大器的设计要求是低噪声、高增益、低输出阻抗、大的动态范围，良好的线性特征和较好的抗颤噪声能力。
在具体的设计中，我们可以考虑采用两级运算放大器进行前置放大。
应用场效应管构成的集成放大电路LF353来进行搭建。
光电检测、比较报警电路原理图
光电检测放大器电路原理图比较报警电路的设计
利用光敏二极管的反向特性，当接收到光信号时，光敏二极管导通良好，产生电压，放大器即可对信号处理；当没有接收到光信号时，光敏二极管截止，放大器的同相端电压几乎为0。
利用1/2LF353构成的光放大器，如图所示。
用1/2LF353构成一个比较放大器。
放大器的正端加2V左右偏压，负端加信号电压。
当光线未阻断时，从主放大器来的交流信号经二极管检波电路，再经低通滤波器后得到直流电压，使后面的放大器负载输入端电位大于（或等于）正输入端电位。
则放大器输出电压近似为0，LED管截止，不发光。
当光线被阻断时，信号消失，光放大器只有正端加正电压，输出为正电压，LED指示管导通发出黄色光以示报警。
电阻R8是LED限流电阻。
五、调试过程及结果
1、调试的过程
①检查用到的集成电路的电源端的电压是否正常（+5V、-5V、GND）注意面包板的是否接收良好，如果断路，用导线连接。
②测量NE555电路的输出端（第3脚为输出端），看是否有振荡波形输出（矩形波），如果没有，说明振荡电路有故障。
③测量光电二极管的两端看是否接收到信号（用示波器查看LF353的第2脚和第5脚信号），如果发射正常时没有信号，检查光电二极管是否处于反向偏置状态或者损坏。
④检测光电放大器的输出波形，确定这级的正确性。
⑤看比较报警电路的反向端的电压在光线阻挡和无阻挡的时候是否正常。
⑥测量输出是否正常。
2、调试的体会
通过本次设计，使我认识到调试的重要性。
总的说来，这次光电设计的电路并不是特别难，并且使用面包板来实现，相对PCB说来，也相对简单得多。
但调试过程中，我还是遇到了一些问题，这使我充分认识到自己动手能力的缺乏。
布线方面，一开始比较注重美观，可以见附图2，在布线方面没有考虑到发送器和接收器要就近放的原则，并且2脚和6脚也没有连在一起，当然这些在调试的时候都有改进。
还有，调试最重要的一点，就是要有耐心，千万莫半途而废，或太过急躁，这样调试的话，往往很难解决问题。
此次课程设计也进一步的培养了我们的动手能力，课堂学习主要注重于理论知识，而我们要将所学知识应用于实际，在此阶段，课程设计便是最好的选择了，通过课程设计，我们可以温习我们所学的理论知识，同时为将理论知识运用于实际搭建了一个很好的平台，不仅如此，通过这次的课程设计，使我知道了在当今的信息技术如此发达的世界中，我们必须运用多种渠道，去学习研究。
并要很好的运用计算机和一些软件，只有这样，我们才能更好地、精确地、快速地解决问题。
还有就是提高了自主解决问题的能力。
3、调试结果
根据各关键节点的理论计算，逐步判断各关键节点的参数是否符合设计要求。
本设计中的关键节点有如下几个：
555芯片3脚电压（输出电压）、放大器输出电压、比较器输出电压。
以上各关键节点的电压测试数据分别如图8-图11所示。
图8NE555芯片3脚输出波形图图9放大器输出电压波形图
图10比较器输出电压1图11比较器输出电压2
六、设计、安装及调试中的体会
通过本次光电设计，使我对光电知识的实际应用有了更深刻的理解和体会，这次课程设计，不仅提高了我的动手能力,使我对设计的整个流程有了一定的了解，更使我了解光电知识应用的广泛性和前景。
设计的成功，极大的提高了的我的自信心，促进了我对光电的学习兴趣，使我明白了理论联系实际的重要性。
此次设计使得我清楚了一项设计的整体流程：
明确设计要求，功能及功能模块的设计，查阅相关资料和确定元器件，电路连接、调试、调整改进与检查，电路成型，总结；设计电路时，我上网查阅了很多资料和论文，这也培养了我搜索知识的能力，开拓了我的视野。
电路的设计，还巩固了我模电的知识。
电路的连接和调试极大的提高了我的动手实践能力，这也是目前我最缺乏的。
调试过程中，使我明白动手的重要性，实践出真知。
理工科的学生，就应该具备这样的动手能力。
最后，设计报告的制作，又使我熟练掌握了原理图的绘制，Word软件的多功能操作。
还培养了我整理知识的能力，使我熟悉了报告制作的基本要求。
总之，这次设计，使我认识到了自己知识的局限性，培养了我的动手能力，并使我体会到了成功的感觉，对我今后的学习起到了极大的促进作用。
七、附录
1、光电报警原理图
附图1
2、课程设计实物图
附图2
附图3
3、元器件清单
器件名称
规格
单位
数量
NE555
NE555
个
1
LF353
LF353
个
1
红外发光二极管
BT401
个
1
光电二极管
2CU2B
个
1
整流二极管
4007
个
1
电容
104
个
2
发光二极管LED
普遍发光二极管LED
个
1
电阻
5.6K
个
3
电阻
100
个
1
电阻
2.2K
个
1
电阻
100K
个
1
电阻
1K
个
1
电阻
500
个
1
附表1
升级会员 