光电检测课程设计简单光电报警器.docx
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光电检测课程设计简单光电报警器
光电检测技术课程设计
设计题目：
简单光电报警器
专业：
电子科学与技术
班级：
2010-3班
姓名：
学号：
时间：
2010.11.2
摘要…………………………………………………………………………………………3
关键词…………………………………………………………………………………………3
一、设计任务与要求…………………………………………………………………………3
二、方案设计与论证比较……………………………………………………………………3
1.方案设计………………………………………………………………………………3
2.方案论证………………………………………………………………………………4
2.0传感器模块……………………………………………………………………4
2.1稳压模块………………………………………………………………………4
2.2报警器模块……………………………………………………………………4
三、硬件单元电路设计与参数计算…………………………………………………………4
3.0总体电路设计…………………………………………………………………4
3.1电源模块………………………………………………………………………5
3.2报警模块………………………………………………………………………5
3.3显示模块………………………………………………………………………6
3.4模块……………………………………………………………………………7
四、系统调试…………………………………………………………………………………8
五、总结………………………………………………………………………………………8
参考文献………………………………………………………………………………………8
附录一（原器件清单）………………………………………………………………………9
附录二（光电报警器系统总原理图）………………………………………………………10
附录三（光电报警器系统PCB制版图）…………………………………………………..11
附录四（硬件电路实物图）………………………………………………………………..12
光电报警器
摘要
系统设计了一个光电式报警器，该报警器通过感光器件（红外对管）把光信号转换成电信号，经LM339比较输出，控制74LS247（BCD-7段译码驱动器）和74LS32（四输入或门）的输出状态，控制数码管的显示以及NE555报警.在间歇式报警过程显示被遮挡的光路数，且有多路同时显示功能。
该光电报警器的设计采用模块化结构，由四个模块即光电转换模块，报警模块，电源模块以及显示模块组成。
各模块功能独立，可扩充性强，很有经济利用价值。
关键词：
数码管，红外对管，多路，间歇式，报警，电源。
一、设计任务与要求
设计要求：
（1）说明所选用的光电检测方法，由此构成的光电检测系统属于哪一类？
（2）设计具体的系统组成框图，说明各个部分的功能；
（3）给出选择光电检测器件的种类和理由，若是采用主动式，给出所选光源的类型；
（4）设计相关的输入电路和前置放大器，说明检测器件与前置放大器的连接方式；
（5）说明所处理的光电信号属于哪一类；
（6）对于输入电路和前置放大器，进行一定的电路仿真，给出电路图与仿真结果。
二、方案设计与论证比较
1.方案设计：
（根据课题设计要求初步建立如下系统框图如图1.0.0所示）
（图1.0.0系统原理框图）
2.方案论证：
2.0传感器模块
方案一：
用光敏电阻组成光敏探测器。
光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。
当光敏电阻受到光照射或在被遮挡的环境下，阻值发生明显变化。
将阻值变化通过比较器就可以输出高低电平了。
但是这种方案受光照影响很大，不能够稳定工作。
因此我考虑其他更加稳定的方案。
方案二：
用红外发射管和接收管自己制作光电对管传感器。
红外发射管发出红外线，当发出的红外线在光亮的环境时，若红外接收管能够接收到反射回来的光线则检测出在有光的环境，继而输出低电平，若接收不到发射管发出的光线则检测出在黑暗的环境，继而输出高电平。
这样自己自作的光电报警器能够满足要求。
并且工作稳定，且影响小，价格实惠。
基于以上分析拟定方案二，由红外对管做为系统传感器的部分，采集哪路光路被遮挡与否。
2.1.稳压模块
由于本系统需要电池供电，我考虑了如下几种方案为系统供电。
方案一：
采用4节1.5V干电池供电，电压达到6V，给系统供电，但是干电池电量有限，随着工作时间，电压会慢慢降低。
使用干电池给系统供电给系统调试带来很大的不便，因此，我放弃了这种方案。
方案二;采用集成稳压芯片LM7805CV，稳压输出+5V电压给系统供电。
7805输出1A的电流，足以提供系统工作所需要的电流。
而且只要带上变压器，稳压芯片就可以稳定输出+5V电压了。
基于以上分析拟定方案二，作为系统工作时的电源。
2.2.报警器模块
方案一：
采用扬声器作为系统报警，电路要增加元器件，并且扬声器占用空间大，重。
价格相对其它报警设备价格略贵，超出了我的预算。
所以放弃此方案。
方案二：
采用无缘蜂鸣器，价格便宜，体积小，携带方便，报警声音清晰，但是要增加驱动电路方可正常工作。
方案三：
采用有源蜂鸣器，价格价格便宜，体积小，携带方便，报警声音清晰，直接与输出信号引脚相连就可以工作了。
电路简单。
基于以上分析拟定方案三，作为系统的报警。
三：
硬件单元电路设计与参数计算
3.0总体电路设计
本电路由4部分组成，光信号转换成数字信号，数字显示系统，555报警系统和+5V稳压源系统。
通过红外接收管接收到红外发射管发出的红外线的强与弱来输出高低电平控制SN74LS247N显示数字是哪路被遮挡，同时高低电平通过逻辑或门HD74LS32P集成芯片来控制NE555报警器发出间歇式的报警声。
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加一个200欧姆的电阻。
3.1电源模块
原理图如图3.1.0所示，采用变压器经过整流滤波后再通过三端稳压器LM7805CV得到+5V电压，给系统供电。
图3.1.0+5V稳压电源
3.2报警模块
原理图如图3.2.1所示。
首先考虑到间歇式光电报警电路可以采用NE555振荡电路实现，首先了解555芯片的结构性能，如图3.2.0所示：
图3.2.0555芯片管脚图图3.2.1555报警电路图
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有源蜂鸣器的间歇式的叫声（如图3.2.1所示）。
对于多谐振荡器可根据公式T=0.7*（R1+2R2）*C5来确定间歇式时间，导通时间为T1=0.7*（R1+R2）*C5,充电时间T2=T-T1由电路图可以算出导通时间为：
T=0.7*（51K+2*20K）*22=1401.4KHZ
当或门逻辑芯片74LS32第一引脚和第二引脚只要有一个引脚输入高电平,则第三引脚输出高电平（即有光路被遮挡），否则输出低电平。
图3.2.2555芯片的内部结构原理图
5脚经0.01uF电容接地，比较器C1和C2的比较电压为：
UR1=2/3VCC、UR2=1/3VCC。
当VI1＞2/3VCC，VI2＞1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器置0，G3输出高电平，放电三极管TD导通，定时器输出低电平。
当VI1＜2/3VCC，VI2＞1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器保持原状态不变，555定时器输出状态保持不来。
当VI1＞2/3VCC，VI2＜1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器两端都被置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。
当VI1＜2/3VCC，VI2＜1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。
3.3数字显示模块
原理图如图3.3.0所示。
其次，显示电路选择SN74LS247N和共阳七段数码管，如图3.3.0
。
图3.3.0SN74LS247N引脚功能表
图3.3.1SN74LS247N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.
SN74LS247N是一款低电平驱动的数字译码芯片，输出有效位为低电平，可以配上共阳数码管。
要在共阳数码管的输入端串联一个200欧姆的电阻，以保护数码管不被烧坏。
当两对传感器都被遮挡时，两个数码管同时显示被遮挡的光路数。
3.4光电转换模块
原理图如图3.4.0所示。
光电转换模块采用红外对管，发射管串接一个150欧姆的电阻，以防止发射管被烧坏。
在接收管串接一个5K的电阻。
10K精密可调电位器来调节比较器的参考电压，通过比较器LM339输出比较的电平高低。
当没有遮挡红外对管时，接收管相当于短路，输出低电平。
当遮挡时，接收管截止，输出高电平。
图3.4.0光电转换硬件电路
四：
系统调试
接好电路，接通电源，电源指示灯亮，看到两个一位数码管同时显示0，且蜂鸣器不响，系统正常。
之后用纸片分别遮挡光路一，二，数码管显示不变且无间歇式报警声。
问题可能出现在10K精密可调电位器的阻值没有调好，是比较器参考电压不适当。
之后挡住其中一路红外对管，慢慢用小刀子旋转电位器，之后数码管有显示且蜂鸣器发出间歇式报警声。
之后正常了。
五：
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是由于比较器的参考电压没有调节好导致的。
通过这次实验让我接触了很多新知识，也巩固了旧知识，锻炼了自己动手的能力，丰富了经验，这对以后的学习和工作都非常有帮助。
也体会到了成功带来的喜悦。
可以说受益匪浅。
再次反思过来思考这个问题。
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，还可以扩展到更多路的数字显示，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]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,2006
[3]华成英，童诗白.《模拟电子技术基础》（第四版）-高等教育出版社,2006
[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,2006
[6]陈雅萍.《电子技能与实训---项目式教学》-高等教育出版社,2007
[7]于彤.《传感器原理及应用—项目式教学》-机械工业出版社,2008
附录一
原器件清单
元件名称
型号
数量/个
用途
数码管
一位共阳数码管
2
显示电路
集成芯片
SN74LS247N
2
显示驱动
集成芯片
HD74LS32P
1
报警电路
集成芯片
LM339N
1
驱动电路
集成块
L7805CV
1
稳压电路
电解电容
1000UF/25V
1
电解电容
220UF/25V
1
瓷片电容
104
2
整流二极管
1N4007
4
发光二极管
发红光
1
普通电阻
300欧姆
1
散热片
YK20白色，不带脚
1
集成芯片
NE555P
1
报警电路
电解电容
22UF/25V
1
瓷片电容
103
1
普通电阻
51K
1
普通电阻
20K
1
蜂鸣器
有源蜂鸣器
1
精密可调电位器
10K
2
传感器电路
普通电阻
5K
4
普通电阻
150欧姆
2
红外发射管
5mm红外发射管
2
红外接收管
5mm红外接收管
2
普通电阻
200欧姆
1
显示电路
插座
DIP16
2
排针
单排排针
1
系统电路
覆铜板
10*20
1
系统电路
标签纸
红色
1
系统标记
焊锡
08mm恒明焊锡
1
焊电路
附录二
光电报警器系统总原理图
附录三
光电报警器系统PCB制版图
附录四
硬件实物图
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