光電報警系統(tǒng)設計

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上 課 程 設 計 報 告 中北大學課程設計任務書 2012/2013 學年第 一 學期學 院： 信息商務學院 專 業(yè)： 電子信息科學與技術 學 生 姓 名： 郝金風 學 號： X13 課程設計題目： 光電報警系統(tǒng)設計 起 迄 日 期： 12 月 31 日 1 月 18 日 課程設計地點： 中北大學 指 導 教 師： 王偉 系 主 任： 程耀瑜 下達任務書日期: 2012 年 12月 31 日 課 程 設 計 任 務 書1設計目的：在學習專業(yè)基礎課和專業(yè)課的基礎上，主要在電子儀器、微機綜合設計與實踐、單片機與A/D和D/A和光、計、電綜合應用等幾個方面開展實踐活動，鞏固

2、所學知識、培養(yǎng)動手能力。2設計內容和要求（包括原始數(shù)據、技術參數(shù)、條件、設計要求等）：1、了解紅外發(fā)光二極管與光電二極管的具體應用。2、了解主動式光電報警系統(tǒng)設計原理，了解鎖相環(huán)的原理及應用。3、利用鎖相環(huán)設計光電報警系統(tǒng)實驗 4、對影響光電探測性能的各種參數(shù)進行探討，以求最大限度地發(fā)揮系統(tǒng)的探測能力。3設計工作任務及工作量的要求包括課程設計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等：1） 設計說明書符合要求；2） 相應器件的工作原理及應用；3） 系統(tǒng)工作原理圖；4） 參考文獻原文不少于3篇。 課 程 設 計 任 務 書4主要參考文獻：l 要求按國標GB 771487文后參考文獻著錄規(guī)則書寫，例：1

3、 傅承義，陳運泰，祁貴中.地球物理學基礎.北京：科學出版社，1985 （5篇以上）5設計成果形式及要求：設計說明書及相關電路圖6工作計劃及進度：2012- 12月 31日 1月 3日 了解設計題目及熟悉資料2013- 1月 4日 1月 7 日 確定各題目要求計算相關參數(shù)，確定具體設計方案1月 8日 1月 14 日 結合要求具體設計與仿真1月 15日 1 月18日 整理課程設計說明書，答辯或成績考核系主任審查意見： 簽字： 年 月 日目錄 引言 .6 第一章 設計要求.7 1.1總體電路設計.7 1.2光電報警器原理介紹.8 第二章 光電報警器電路設計.9 2.1光電轉換模塊設計.9 2.2數(shù)字

4、顯示模塊設計.10 2.3聲光報警模塊設計.12 第三章 proteus電路仿真.13 3.1proteus電路仿真.13 第四章 電路調試過程與測試結果分析.16 結論.17 參考文獻.18 附錄.19 引 言報警器的應用非常廣泛。在汽車、摩托車報警器，倉庫大門，以及家庭保安系統(tǒng)中，幾乎無一例外地使用了報警器電路。隨著社會科學技術的迅速發(fā)展，人們對報警器的性能提出了越來越高的要求。傳統(tǒng)的報警器通常采用觸摸式、開關報警器等。這類報警器具有性能穩(wěn)定、實用性強等優(yōu)點，但是也具有應用范圍窄等缺點，而且安全性能也不是很好。光電式報警就很好的改善了這一點。如今，光電報警器已經廣泛應用到工農業(yè)生產、自動化

5、儀表、醫(yī)療電子設備等領域。本實驗的設計借助于模擬電路和數(shù)字邏輯電路，采用模塊化的設計思想，使設計變得簡單、方便、靈活性強。電路簡單容易實現(xiàn)，工作穩(wěn)定，因此得到了廣泛的應用。本文設計的光電式報警器是報警器和光耦小小的結合，但它可以運用到各種生產線上，如紡紗工業(yè)的監(jiān)測各個絲線的有無斷點，并加以提示，也可以稍加改進，讓其能夠計數(shù)，記錄生產進度，安全性能高，節(jié)約了人力資源 ，并且不易出錯，還能運用到人力不能監(jiān)測的環(huán)境?？梢姽怆妶缶鞯倪\用可以延伸到各個行業(yè)，各個領域。第一章 光電式報警器的原理及總體設計1.1 總體電路設計本電路由3部分組成：光電轉換電路、數(shù)字顯示電路、聲光報警電路。設計雙光路結構，通

6、過光照光敏三級管輸出高低電平來控制74LS247顯示數(shù)字是哪路被擋，數(shù)碼管顯示被遮擋的路數(shù)，無遮擋時數(shù)碼管顯0，1路被遮擋時數(shù)碼管顯1，2路被遮擋時數(shù)碼管顯2，同時被遮擋時數(shù)碼管顯3。當任一光路被遮擋時，報警器發(fā)出間歇式聲光報警。芯片SN74LS247N是驅動共陽數(shù)碼管的譯碼器，所以在共陽數(shù)碼管之前要加幾個100歐的電阻。 報警器控制譯碼輸出數(shù)碼顯示光電轉換+5V穩(wěn)壓電源光電式報警器框圖1.2 光電報警器原理介紹電路的工作原路如圖 ，電路中的上側為第一路，下側電路為第二路電路，當兩路電路都沒有被遮擋的時候，光耦是導通的，即光耦上端兩端電壓都為低，然后經過74LS32或門以后的總的電壓為低，低電

7、壓與555的管腳4相連，RS使得555輸出一直為低，不能驅動蜂鳴器響，故不會響鈴，同時光耦上端的的低電平信號與74LS247中的1、7腳輸入的信號，輸出的信號通過共陽數(shù)碼管顯示為0。當光耦有其中一路被遮擋后，擋住的光耦不能短路，處于斷開，兩個光耦上端的電平有一個為高，另一個為低，然后經過74LS32或門以后的總的電壓為高，高電壓與555的管腳4相連，使得555能夠正常工作，產生1.23KHZ的矩形脈沖，使蜂鳴器會響鈴。同時光耦上端的的高、低電平信號與74LS247中的1、7（7、1）腳輸入的信號，輸出的信號通過共陽數(shù)碼管顯示為1、2。當兩路光耦都被遮擋的時候，光耦就會都不導通，光耦在截止狀態(tài)，

8、即光耦上端兩端電壓都為高，然后經過74LS32或門以后的總的電壓為高，低電壓與555的管腳4相連，使得555輸出一直為矩形脈沖，驅動蜂鳴器響，故會響鈴，同時光耦上端的的高電平信號與74LS247中的1、7腳輸入的信號，輸出的信號通過共陽數(shù)碼管顯示為3。第二章 光電報警器電路設計2.1 光電轉換模塊設計光電轉換電路圖如圖2.1.1所示：圖 2.1.1光電轉換采用光耦，光耦內由發(fā)光二極管和光敏三極管構成：采用5V直流供電，為防止光耦燒壞，應該在二極管串聯(lián)一個510電阻。同時擋光的用具可以使用不透明的紙張，光耦中的小功率的發(fā)光二極管正常工作電流在10 mA 30mA范圍內，根據歐姆定律，由I=U/R

9、，U=5 V，10mA<I<30 mA，故與紅外發(fā)光二極管串聯(lián)的電阻值為510歐，光敏三管級管要串聯(lián)一個24千歐的電阻以防止被擊穿。當接通電源的時候，發(fā)光管發(fā)光，光敏三極管的基極電流增加，發(fā)射結的電壓增大，當超過三極管的導通電壓（一般為硅管為0.7V，鍺管為0.3V左右）時，三極管就會導通，當基極電流繼續(xù)增加時，三極管會飽和導通，此時三極管相當于工作在開關的閉合狀態(tài)，B點相當于直接接地，所以B點輸出為低電平“0”。當一旦有東西遮在發(fā)光管和光敏三極管中間時，三極管的發(fā)射結電壓降低，達不到它的導通電壓，三極管截止，此時相當于工作在開關的斷開狀態(tài)，B點電勢接近電源電壓即為高電平“1”。2

10、.2 數(shù)字顯示模塊設計數(shù)字顯示電路選擇SN74LS247N和共陽7段LEDS譯碼管，電路圖如圖2.4.3所示：圖2.2.174LS247管腳圖如圖2.2.2所示：圖2.2.2：74LS247管腳圖74LS247真值表如圖2.2.3所示：圖2.2.3：SN74LS247N真值表譯碼顯示電路如下：實現(xiàn)A,B,C和D為低電平，數(shù)碼管顯示0。只有當A為高電平顯示1。只有當B為高電平顯示2。A,B為高電平則顯示3。74LS247為BCD七段譯碼器/驅動器，低電平時有效。所以在共陽數(shù)碼管之前要加8個100歐的電阻，以保護數(shù)碼管不被燒壞。數(shù)碼管分為共陽數(shù)碼管和共陰數(shù)碼管。發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性

11、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LED組合排列成“8”字型的數(shù)碼管，分別引出它們的電極，點亮相應的點劃來顯示出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。此模塊由SN74LS247N及共陽數(shù)碼顯示器組成，74LS247驅動共陽數(shù)碼管工作。74LS247的2，6腳因無輸入，故接低電平，3，4，5腳接高電平，而1,7腳則與光電轉換模塊中光敏三極管輸出的連接。此時74LS32正常工作，驅動共陽數(shù)碼顯示器工作，以顯示數(shù)字0到3。2.3聲光報警模塊設計聲光報警電路可以采用555振蕩電路實現(xiàn)，首先了解555芯片的結構性能：555 定時器是一種模擬和數(shù)字功能相

12、結合的中規(guī)模集成器件。555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個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 5 腳懸空時，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VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 A2 的輸出為 1，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 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。聲光報警電路圖如圖2.4.1所示：圖 2.4

13、.1光報警選擇發(fā)光二極管，聲音報警選擇蜂鳴器。如果要求發(fā)出間歇式的報警，則肯定要求驅動蜂鳴器和發(fā)光二極管的信號為穩(wěn)定的方波，即為有固定周期的高低電平，因此采用由555構成的多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。間歇式報警的周期可以根據555多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器周期的算法T=0.7*（R5+2R6）*C1但是如果周期選擇得太大的話，間歇的時間就太長，周期太小的話，人耳就無法感覺出有間歇，一般人耳的間歇感知度為0.1s，因此R5、R6選得大一點分別取200k和100k，C1適中取1uF，間歇報警的周期為0.7*（200k+100 k*2）*1uF=0.28s,頻率約為1/0.28s=3.5Hz。電容C2的作用是濾波，所以選得小一

14、點更將有利于將交流引入大地，所以取C2=0.01uF。由于設計的要求是有時需要報警電路工作，有時不需要報警，因此可以用前級電路的輸出電平來控制555定時器的復位端即4端口。當4端輸入高電平的時，聲光報警器開始工作；當輸入低電平的時，聲光報警器不工作。第三章 Proteus電路仿真3.1 Proteus電路仿真當兩路沒有被遮擋時，光耦導通，輸出低電平，數(shù)碼管顯示0，蜂鳴器不報警，如圖3.1.1圖3.1.1 顯示電路 當1路被遮擋，2路沒被遮擋時，數(shù)碼管顯示1，蜂鳴器報警，如圖3.1.2圖3.1.2 顯示電路 當2路被遮擋，1路沒被遮擋時，數(shù)碼管顯示2，蜂鳴器報警，如圖3.1.3圖3.1.3 顯示

15、電路當兩路都被遮擋，數(shù)碼管顯示3，蜂鳴器報警，如圖3.1.4圖3.1.4 顯示電路第四章 電路焊接調試過程與測試結果分析1 焊接注意要點焊接時，每焊接完一個模塊都要進行調試。不要把所有的電路全部焊接完了再進行調試，否則如果出現(xiàn)問題將會很難查出來，而且還會給修改電路帶來不必要的麻煩。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。萬能板上的電源線和地線要分清楚，焊接時千萬不要搞錯了。芯片的安裝要注意芯片管腳和插座管腳要對應。數(shù)碼管的兩個公共端要分別接電阻后再接地。2 調試要點調試用到的儀器有：數(shù)字萬用表、5V直流穩(wěn)壓電源。調試分模塊進行調試第一步:將光電轉換部分焊接完畢后，接通電源，用數(shù)

16、字萬用表分別測試擋光和不擋光A、B兩點的電壓，第一次測試結果是擋光和不擋光的電壓值都一樣，這說明電路出現(xiàn)了問題，關閉電源，用萬用表的蜂鳴檔檢查電路是否有短路和斷路的地方，結果沒有，然后又檢查了是否將電路焊錯了，器件管腳是否搞錯了，仔細一檢查才發(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用表測試，結果是不擋光時A=B=0.25V，擋光時A=B=4.7V，符合高低電平的要求，可以焊接下一個模塊。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，同時遮擋，數(shù)碼管顯示3，符合設計要求，說明

17、數(shù)碼顯示這個模塊沒有出現(xiàn)問題，可以焊接下一個模塊。第三步:將74LS32和光電報警部分焊接完畢后，接通電源，聲光報警部分不工作，用紙片遮擋住光路1，發(fā)出間歇式聲光報警，遮擋住光路2，也發(fā)出間歇式聲光報警，同時遮擋，同樣能發(fā)出間歇式聲光報警，符合設計要求，這部分也沒有出現(xiàn)問題，所有電路全部焊接調試完畢。最后調試成功后的電路實現(xiàn)的功能為： 1.當任一路光被遮擋時，報警器發(fā)出間歇式聲光報警。2.LED顯示被遮擋的路數(shù)，兩路都沒有被遮擋顯示0，1路被遮擋顯示1，2路被遮擋顯示2，兩路同時被遮擋顯示3。結論在這次設計中，通過對“光電式報警器”的設計、安裝以及調試，我從中學到了不少知識。在本次實驗中，我學到了做任何事情都要有耐心，電路焊接完成并不代表你已經成功了，測試也是一個很重要的階段。在測試的過程，我掌握了一些電路調試的方法和一般規(guī)律，同時也掌握了如何來檢查和排除實驗中的所遇到的一些常見故障。并不是電路在電腦上能仿真出來連接到電路板上就能測試成功，可能在實驗的過程中要不斷修改方案。 參考文獻1郭明瓊，李瀟，卿太全。常用數(shù)字集成電路原理與應用。人民郵電出版社。2006。2康華光。電子技術基礎-數(shù)字部分（第五版）。高等教育出版社。2006。3華成英，童詩白。模擬電子技術基礎（第四版）。高等教育出版社。2006。4姜雪松，王鷹。電磁兼容與PCB設計