光电报警系统设计文档格式.docx

1、学 生 姓 名：郝金风学 号： 09050141X13课程设计题目： 光电报警系统设计 起 迄 日 期： 12 月 31 日 1 月 18 日 课程设计地点： 中北大学 指 导 教 师： 王伟 系 主 任： 程耀瑜 下达任务书日期: 2012 年12月31 日 课 程 设 计 任 务 书1设计目的：在学习专业基础课和专业课的基础上，主要在电子仪器、微机综合设计与实践、单片机与A/D和D/A和光、计、电综合应用等几个方面开展实践活动，巩固所学知识、培养动手能力。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：1、了解红外发光二极管与光电二极管的具体应用。2、了解主动式光电报警系统设

2、计原理，了解锁相环的原理及应用。3、利用锁相环设计光电报警系统实验 4、对影响光电探测性能的各种参数进行探讨，以求最大限度地发挥系统的探测能力。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书（论文）、图纸、实物样品等：1）设计说明书符合要求；2）相应器件的工作原理及应用；3）系统工作原理图；4）参考文献原文不少于3篇。4主要参考文献：要求按国标GB 771487文后参考文献著录规则书写，例：1 傅承义，陈运泰，祁贵中.地球物理学基础.：科学，1985（5篇以上）5设计成果形式及要求：设计说明书及相关电路图6工作计划及进度：2012- 12月31日 1月 3日 了解设计题目及熟悉资料2013

3、- 1月4日 1月 7 日 确定各题目要求计算相关参数，确定具体设计方案1月8日 1月 14 日 结合要求具体设计与仿真1月15日 1 月18日 整理课程设计说明书，答辩或成绩考核系主任审查意见：签字：年月日 引言 .6 第一章 设计要求.7 1.1总体电路设计.7 1.2光电报警器原理介绍.8 第二章 光电报警器电路设计.9 2.1光电转换模块设计.9 2.2数字显示模块设计.10 2.3声光报警模块设计.12 第三章 proteus电路仿真.13 3.1proteus电路仿真.13 第四章 电路调试过程与测试结果分析.16 结论.17 参考文献.18 附录.19 引 言报警器的应用非常广泛

4、。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。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、实用性强等优点，但是也具有应用X围窄等缺点，而且安全性能也不是很好。光电式报警就很好的改善了这一点。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。本文设计的光电式报警器是报警器和光耦小小的结合，但它可以运用

5、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可以延伸到各个行业，各个领域。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

6、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，两个光耦上端的电平有一个为高，另一个为低，然

7、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.

8、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510电阻。同时挡光的用具可以使用不透明的纸X，光耦中的小功率的发光二极管正常工作电流在10 mA 30mAX围内，根据欧姆定律，由I=U/R，U=5 V，10mAI30 mA，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

9、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2.2.174LS247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

10、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。74LS24

11、7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。2.3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 /

12、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

13、，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200k和100k，C1适中取1uF，间歇报警的周期为0.7*（200k+100 k*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3.1 Proteus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