光電式報(bào)警器模板課程設(shè)計(jì)分解

1、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書摘要本文設(shè)計(jì)了一種光電式報(bào)警器， 該報(bào)警器通過(guò)感光器件組成的光電轉(zhuǎn)換電路，可能實(shí)現(xiàn)在光電具有以探測(cè)出光線是否被阻擋的信息，并通過(guò)把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)來(lái)把這種信息傳遞至 后面的數(shù)碼顯示電路以及聲光報(bào)警電路以實(shí)現(xiàn)控制數(shù)碼管的顯示與報(bào)警器報(bào)警的功 能。其中聲光報(bào)警部分通過(guò)555定時(shí)器組成的多諧振蕩器來(lái)控制蜂鳴器發(fā)出鳴叫聲和 發(fā)光二極管發(fā)出光亮來(lái)代替報(bào)警效果。 整個(gè)設(shè)計(jì)利用了部分?jǐn)?shù)字邏輯電路， 報(bào)警過(guò)程中同時(shí)顯示對(duì)應(yīng)路數(shù)的功能。且該報(bào)警器的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，即： 轉(zhuǎn)換模塊、報(bào)警模塊和顯示模塊。各單元電路功能結(jié)構(gòu)相對(duì)獨(dú)立，可擴(kuò)充性強(qiáng)， 很高的經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值。關(guān)鍵詞：數(shù)碼顯示，555多諧振蕩

2、，光電轉(zhuǎn)換，聲光報(bào)警光電式報(bào)警器22刖言第一章基本設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1.1基本設(shè)計(jì)要求第二章電路設(shè)計(jì)原理2.1系統(tǒng)工作原理及其組成2.2元器件介紹2.3單元模塊目錄2.3.1光電轉(zhuǎn)換模塊 2.3.2數(shù)字顯示模塊 2.3.3聲光報(bào)警模塊2.4電路總體設(shè)計(jì)第三章電路焊接與調(diào)試103.1焊接注意要點(diǎn)103.2電路調(diào)試11第四章實(shí)驗(yàn)結(jié)論11參考文獻(xiàn)12附錄一方案總實(shí)物圖13附錄二元器件清單15、才、刖言報(bào)警器分為機(jī)械式報(bào)警器和電子報(bào)警器。經(jīng)常應(yīng)用于系統(tǒng)故障、安全防范、交通 運(yùn)輸、醫(yī)療救護(hù)、應(yīng)急救災(zāi)、感應(yīng)檢測(cè)等領(lǐng)域。隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對(duì)報(bào)警器的性能提出了越來(lái)越高的要求。 傳統(tǒng)的報(bào)警器通常采用觸

3、摸式、開(kāi)關(guān)報(bào)警器 等。這類報(bào)警器具有性能穩(wěn)定、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，但是也具有應(yīng)用范圍窄等缺點(diǎn)，而 且安全性能也不是很好。本次課程設(shè)計(jì)的題目是“光電報(bào)警器”，光電報(bào)警就很好的改善了這些方面。如今，光電報(bào)警器已經(jīng)廣泛應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、自動(dòng)化儀表、醫(yī)療 電子設(shè)備等領(lǐng)域本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)借助于模擬電路和數(shù)字邏輯電路，采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，使設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單、方便、靈活性強(qiáng)。電路簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)，工作穩(wěn)定，因此得到了 廣泛的應(yīng)用。在當(dāng)今高速發(fā)展的社會(huì)中，入室盜竊率的不斷提高。家、學(xué)校宿舍、辦公室的財(cái) 產(chǎn)安全存在很多的隱患，當(dāng)家中無(wú)人或僅有老人孩子在家或者在家熟睡， 必須確保家 庭成員和財(cái)產(chǎn)的安全。眾多住宅小區(qū)，學(xué)校宿舍，

4、辦公室的安防主要是依靠安裝防盜 門、防盜窗以及人工防范來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 這樣不僅有礙美觀，而且還不能有效地防止小偷 的侵入，而光電報(bào)警器就可很好解決這個(gè)問(wèn)題。 所以現(xiàn)在可以在窗戶和門上安上這種 光電報(bào)警器，這樣可以更有效地防盜，并且還可以通過(guò)無(wú)線主機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，減 少不少物力和財(cái)力，它可廣泛地應(yīng)用于智能化小區(qū)，宿舍，辦公室，金融部門的儲(chǔ)蓄 網(wǎng)點(diǎn)，寫字樓，倉(cāng)庫(kù)，企事業(yè)單位等分散營(yíng)業(yè)場(chǎng)所的安全防范中。第一章基本設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1.1 基本設(shè)計(jì)要求1. 設(shè)計(jì)雙光路結(jié)構(gòu)，當(dāng)任一光路被遮擋時(shí)，報(bào)警器發(fā)出間歇式聲光報(bào)警。2. 數(shù)碼管顯示被遮擋的路數(shù)，無(wú)遮擋時(shí)數(shù)碼管顯0，1路被遮擋時(shí)數(shù)碼管顯1, 2路被 遮擋時(shí)

5、數(shù)碼管顯2,同時(shí)被遮擋時(shí)數(shù)碼管顯3。3輸入電壓為5V,輸入電流為0.5A。第二章2.1系統(tǒng)工作原理及其組成本設(shè)計(jì)首先接通電源通過(guò)光耦將光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。輸出的信號(hào)通過(guò)74LS48譯碼器使共陽(yáng)數(shù)碼管顯示不同的數(shù)字，通過(guò)74LS32或門驅(qū)動(dòng)555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩電路，使蜂鳴器和發(fā)光二極管發(fā)出間歇式聲光報(bào)警。圖2.1 工作原理框圖2.2元器件介紹1 光耦（H92B4光耦原理圖見(jiàn)圖2.3.1 0光耦的型號(hào)為H92B4由發(fā)光二極管和光敏三極管構(gòu)成 的，有4個(gè)管腳。當(dāng)光敏三極管接收到二極管發(fā)射的光時(shí)，其工作在飽和導(dǎo)通狀態(tài)， 當(dāng)光敏三極管無(wú)法接收到二極管發(fā)射的光時(shí)，三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)。1和4腳接電

6、源，并要加限流電阻。圖 2.2.12.或門（74LS32）74LS32管腳圖如圖2.3-2所示:74LS32管腳圖A4 V4 B3 A3 Y3圖 2.2.2Vcc74LS32為四2輸入或門。VCC為電源正極實(shí)現(xiàn)邏輯為：Y=A+B其中A，B為輸入端，丫為輸出端，GND為電源負(fù)極，3. 譯碼器（74LS48）74LS48 是一款高電平驅(qū)動(dòng)的數(shù)字譯碼芯片，輸出有效點(diǎn)位為高電平，可以配上 共陰的數(shù)碼管，我們也可以選著74LS247低電平驅(qū)動(dòng)的和共陽(yáng)數(shù)碼管，更具自己的喜 好選著不同芯片，本品米用的是 74LS4 &芯片74LS48為共陰數(shù)碼管的譯碼器，所以在共陰數(shù)碼管之前要加8個(gè)330歐的電阻，

7、以保護(hù)數(shù)碼管不被燒壞，倘若數(shù)碼管顯示的過(guò)亮了就要增大電阻的阻值。74LS48 管腳圖如圖2.3.3所示:4.數(shù)碼管數(shù)碼管分為共陽(yáng)數(shù)碼管和共陰數(shù)碼管。發(fā)光原理是一樣的, 不同而已。7段LED數(shù)碼管在一定形狀的絕緣材料上，利用單只 字型的數(shù)碼管，分別引出它們的電極，點(diǎn)亮相應(yīng)的點(diǎn)劃來(lái)顯示出只是它們的電源極性LED組合排列成“ 8”0-9的數(shù)字。LED的電流通常較小，一般均需在回路中接上限流電阻。圖2.3-4為數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。直 beds £ghJ 0 p O pGMD艾陰極T段數(shù)碼管4 b C dhh0、歲5砂'歲盤用、歲6 +5V共陽(yáng)極T段數(shù)碼昔圖2.2.4 :數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)本

8、次課程設(shè)計(jì)使用的為共陰數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 +5V,當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰 極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。怎樣測(cè)量數(shù)碼管引腳，分共陰和共陽(yáng)？找公共共陰和公共共陽(yáng)首先，我們找個(gè)電源（3到5伏）和1個(gè)1K （幾百的也歐的也 行）的電阻， VCC串接個(gè)電阻后和GNDi在任意2個(gè)腳上，組合有很多，但總有一 個(gè)LED會(huì)發(fā)光的找到一個(gè)就夠了，然后用GNDf動(dòng)，VC（串電阻）逐個(gè)碰剩下的腳, 如果有多個(gè)LED（ 般是8個(gè)），那它就是共陰的了。相反用 VCC不動(dòng)，GND逐個(gè)碰剩下的腳，如果有多個(gè)LED （般是8個(gè)），那它就是共陽(yáng)的。也可以直接用數(shù)字

9、萬(wàn)用 表，紅表筆是電源的正極，黑表筆是電源的負(fù)極。5. 555定時(shí)器555定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝 制作的稱為555，用CMOS工藝制作的稱為7555，除單定時(shí)器外，還有對(duì)應(yīng)的雙定時(shí)器556/7556。 555定時(shí)器可在4.5V16V工作，7555可在318V工作，輸出驅(qū) 動(dòng)電流約為200mA因而其輸出可與TTL、CMOS或者模擬電路電平兼容。圖2.3.5為555定時(shí)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳排列。> 1Rla)Pl圖225 : 555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)（273農(nóng)64百a）及管腳排列（b）555定時(shí)器只需外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

10、及 施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制 RS觸發(fā) 器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng)5腳懸空時(shí)，則電壓比較器A1的 反相輸入端的電壓為2VCC/3，A2的同相輸入端的電壓為VCC3。若觸發(fā)輸入端TR 的電壓小于 VCC /3，貝吐匕較器A2的輸出為1 ,可使RS觸發(fā)器置1，使輸出端 0UT=1如果閾值輸入端 TH的電壓大于2VCC/3，同時(shí)TR端的電壓大于 VCC /3， 則A1的輸出為1，A2的輸出為0 ,可將RS觸發(fā)器置0 ,使輸出為0電平。2.3單元模塊2.3.1光電轉(zhuǎn)換模塊:由于發(fā)光二極管的工作電壓大約在 2.

11、5V，工作電流大約在4到10mA并且電源電壓為 5V,所以 R3=（5V-2.5V） / （4mA10mA=250Q625Q，設(shè)計(jì)中選了 240Q 限 流電阻，選510Q限流電阻也可。三極管有放大作用，所以集電極的電流較大，所以 要加一個(gè)阻值較大的電阻 R4作為限流電阻，因此選擇了 20KQ電阻。當(dāng)接通電源的時(shí)候，發(fā)光管發(fā)光，光敏三極管的基極電流增加，發(fā)射結(jié)的電壓增 大，當(dāng)超過(guò)三極管的導(dǎo)通電壓（一般為硅管為 0.7V，鍺管為0.3V左右）時(shí)，三極管 就會(huì)導(dǎo)通，當(dāng)基極電流繼續(xù)增加時(shí)，三極管會(huì)飽和導(dǎo)通，此時(shí)三極管相當(dāng)于工作在開(kāi) 關(guān)的閉合狀態(tài)，B點(diǎn)相當(dāng)于直接接地，所以B點(diǎn)輸出為低電平“ 0”當(dāng)一旦有

12、東西遮 在發(fā)光管和光敏三極管中間時(shí)，三極管的發(fā)射結(jié)電壓降低，達(dá)不到它的導(dǎo)通電壓，三 極管截止，此時(shí)相當(dāng)于工作在開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)狀態(tài)，B點(diǎn)電勢(shì)接近電源電壓即為高電平“ 1”232數(shù)字顯示模塊U3A ecdff5VOB DCOOOC orOU74LS48n吵V*R6 3900 =-Wr-R5 330ft72G R7 330nrAW- 節(jié)一帕irmJM330nA%330njy"Vv%R113300一VA0U5圖 2.3.2此模塊由74LS48及共陰數(shù)碼顯示器組成，74LS48驅(qū)動(dòng)共陰數(shù)碼顯示器工作。74LS48的2, 6腳因無(wú)輸入，故接低電平，3, 4, 5腳接高電平，而1,7腳則與光電轉(zhuǎn)換模塊

13、中光敏三極管輸出的連接。此時(shí)74LS32正常工作，驅(qū)動(dòng)共陰數(shù)碼顯示器工 作，以顯示數(shù)字0到3。2.3.3聲光報(bào)警模塊vcc:R6IQurh 1iiinR5Wurh I'lm"All.-VEt EST - - -OUT BI3 - TM - - TRI CONLUTi ；§LED1BUZZER200 HitJUALU6Z4：:G3=1：uF :r -G4iWnF：555 VIR7 lOiim 1um：圖 2.3.3根據(jù)設(shè)計(jì)要求要發(fā)出間歇式的聲光報(bào)警， 聲音報(bào)警選擇蜂鳴器，光報(bào)警選擇發(fā)光 二極管。要能發(fā)出間歇式的報(bào)警，肯定要求驅(qū)動(dòng)蜂鳴器和發(fā)光二極管的信號(hào)為穩(wěn)定的 方波，

14、即為有固定周期的高低電平，所以采用由555構(gòu)成的多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。間歇式報(bào)警的周期可以根據(jù)555多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器周期的算法T=0.7*( R5+2R6 *C1 (公式 2.4.3 1)但是周期選擇得太大的話，間歇的時(shí)間太長(zhǎng)，周期太小的話，人耳無(wú)法感覺(jué)出有間歇， 一般人耳的間歇感知度為 0.1s，所以R5 R6選得大一點(diǎn)分別取200kQ和100kQ，C1適中取1uF，間歇報(bào)警的周期為 0.7* (200kQ +100 kQ *2) *1uF=0.28s,頻率約為 1/0.28s=3.5Hz。電容C2是用來(lái)濾波的，所以選得小一點(diǎn)更有利于將交流引入大地， 因而取 C2=0.01uF。由于設(shè)計(jì)的要求是有時(shí)需要

15、報(bào)警電路工作， 有時(shí)不需要報(bào)警，所以可以用前級(jí)電 路的輸出電平來(lái)控制555定時(shí)器的復(fù)位端即4端口。當(dāng)4端輸入高電平的時(shí)候，聲光 報(bào)警器工作；當(dāng)輸入低電平的時(shí)候，聲光報(bào)警器不工作。2.4電路總體設(shè)計(jì)圖 2.4.1電路總體設(shè)計(jì)電路圖見(jiàn)圖2.4.1。根據(jù)設(shè)計(jì)要求沒(méi)有光路被遮擋時(shí)數(shù)碼管顯示0,光路1被遮擋時(shí)數(shù)碼管顯示1,光路2被遮擋時(shí)數(shù)碼管顯示2,兩條光路都被遮擋時(shí)數(shù)碼管顯示3,所以可以得到一真值表見(jiàn)表2.4.1。表24174LS32 374LS32 674LS48 A74LS48 B0000010110101111根據(jù)真值表可以得，直接將74LS48芯片A端與74LS32芯片的3腳相連，74LS48

16、芯 片B端與74LS32芯的6腳相連即可。當(dāng)兩條光路中有一條或全部被遮擋住時(shí)， 就發(fā)出聲光報(bào)警，即兩條光路中只要有一條 輸出為“ 1”時(shí)555的4端口就輸入“ 1”，可以根據(jù)此要求列出真值表見(jiàn)表 2.4.2。表 2.5.2ABC000011101111根據(jù)真值表可得C=A+B所以在A B與C之間用或門74LS32來(lái)連接。 綜上所述，電路設(shè)計(jì)完畢。第三章電路焊接與調(diào)試3.1焊接注意要點(diǎn)焊接時(shí)，每焊接完一個(gè)模塊都要進(jìn)行調(diào)試。 不要把所有的電路全部焊接完了再進(jìn) 行調(diào)試，否則如果出現(xiàn)問(wèn)題將會(huì)很難查出來(lái)，而且還會(huì)給修改電路帶來(lái)不必要的麻煩。 芯片的管腳要正確讀取，接電源的管腳和接地的管腳不搞反了。 萬(wàn)能

17、板上的電源線和 地線要分清楚，焊接時(shí)千萬(wàn)不要搞錯(cuò)了。芯片的安裝要注意芯片管腳和插座管腳要對(duì)應(yīng)。 數(shù)碼管的兩個(gè)公共端要分別接電 阻后再接地。3.2電路調(diào)試調(diào)試用到的儀器有：數(shù)字萬(wàn)用表、5V直流穩(wěn)壓電源。調(diào)試分模塊進(jìn)行調(diào)試第一步 將光電轉(zhuǎn)換部分焊接完畢后，接通電源，用數(shù)字萬(wàn)用表分別測(cè)試擋光和不擋 光A、B兩點(diǎn)的電壓，第一次測(cè)試結(jié)果是擋光和不擋光的電壓值都一樣，這說(shuō)明電路 出現(xiàn)了問(wèn)題，關(guān)閉電源，用萬(wàn)用表的蜂鳴檔檢查電路是否有短路和斷路的地方，結(jié)果沒(méi)有，然后又檢查了是否將電路焊錯(cuò)了， 器件管腳是否搞錯(cuò)了，仔細(xì)一檢查才發(fā)現(xiàn)是 將光耦中光敏三極管的發(fā)射極和集電極搞反了， 將電路改正后再次用萬(wàn)用表測(cè)試，結(jié)

18、果是不擋光時(shí)A=B=0.25V擋光時(shí)A=B=4.7V符合高低電平的要求，可以焊接下一個(gè) 模塊。第二步 將數(shù)碼顯示部分的譯碼器和數(shù)碼管焊接完畢后，一接通電源，數(shù)碼管就顯示0,用紙片遮擋住光路1,數(shù)碼管顯示1,遮擋住光路2,數(shù)碼管顯示2,同時(shí)遮擋， 數(shù)碼管顯示3,符合設(shè)計(jì)要求，說(shuō)明數(shù)碼顯示這個(gè)模塊沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題，可以焊接下一 個(gè)模塊。第三步 將74LS32和光電報(bào)警部分焊接完畢后，接通電源，聲光報(bào)警部分不工作，用 紙片遮擋住光路1,發(fā)出間歇式聲光報(bào)警，遮擋住光路 2,也發(fā)出間歇式聲光報(bào)警， 同時(shí)遮擋，同樣能發(fā)出間歇式聲光報(bào)警，符合設(shè)計(jì)要求，這部分也沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題，所 有電路全部焊接調(diào)試完畢。最后調(diào)試成

19、功后的電路實(shí)現(xiàn)的功能為：1. 當(dāng)任一路光被遮擋時(shí)，報(bào)警器發(fā)出間歇式聲光報(bào)警。2. LED顯示被遮擋的路數(shù)，無(wú)報(bào)警顯 0, 1路顯1, 2路顯2,同時(shí)遮擋顯3。第四章實(shí)驗(yàn)結(jié)論通過(guò)本次光電報(bào)警器的設(shè)計(jì)，對(duì)光電知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用有了更深刻的理解和體會(huì)， 這次課程設(shè)計(jì)，不僅提高了動(dòng)手能力，對(duì)設(shè)計(jì)的整個(gè)流程有了一定的了解， 更了解到 了光電知識(shí)應(yīng)用的廣泛性和前景。 設(shè)計(jì)的成功，極大地提高了自信心，促進(jìn)了對(duì)光電 的學(xué)習(xí)興趣，明白了理論聯(lián)系實(shí)際的重要性。在最后的調(diào)試過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)無(wú)論怎么調(diào)試，聲光報(bào)警器始終不能按要求工作， 然后向同學(xué)和學(xué)長(zhǎng)請(qǐng)教，但是他們也不能幫我解決這個(gè)問(wèn)題， 后來(lái)實(shí)驗(yàn)室老師的幫助之下，終于把

20、電路調(diào)試好了。原來(lái)是網(wǎng)上的設(shè)計(jì)圖有些許錯(cuò)誤，把PNP三極管換成NPN三極管，在稍加改動(dòng)電路，最后實(shí)物能按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行工作了。而且在調(diào)試過(guò) 程中，我又把之前遺忘的知識(shí)有復(fù)習(xí)了一遍，也從改電路圖中學(xué)到了一些知識(shí)。此次設(shè)計(jì)清楚了一項(xiàng)設(shè)計(jì)的整體流程：明確設(shè)計(jì)要求、功能及功能模塊的設(shè)計(jì)， 查閱相關(guān)資料并確定元器件，電路連接、調(diào)試、調(diào)整改進(jìn)與檢查，電路成型，總結(jié)； 設(shè)計(jì)電路時(shí)，上網(wǎng)查閱了很多資料，這培養(yǎng)了搜索的能力，開(kāi)拓了視野。調(diào)試過(guò)程中 掌握了一些電路調(diào)試的方法和規(guī)律，同時(shí)也掌握了如何來(lái)檢查和排除實(shí)驗(yàn)中的所遇到 的一些常見(jiàn)故障，明白了動(dòng)手的重要性，懂得了實(shí)踐出真知的道理。電路的連接和調(diào) 試極大地提高了動(dòng)手實(shí)踐能力，這也是目前較為缺乏的。作為工科的學(xué)生，就應(yīng)該具 備這樣的動(dòng)手能力。最后，設(shè)計(jì)報(bào)告的制作還培養(yǎng)了整理知識(shí)的能力?？傊?，這次設(shè)計(jì)，認(rèn)識(shí)到了知識(shí)的局限性，培養(yǎng)了自己的動(dòng)手能力，懂得