光電式報(bào)警器報(bào)告

1、題目光電式報(bào)警器內(nèi)容及要求1)采用雙光路結(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)采用LED顯示被遮欄的路數(shù)，無(wú)報(bào)警顯0，l路顯1，2路顯2，同時(shí)遮擋顯3；3)采用5V供電。進(jìn)度安排第1周：查閱資料，學(xué)習(xí)仿真軟件，確定方案，完成原理圖設(shè)計(jì)及仿真；第2周：領(lǐng)元器件、儀器設(shè)備，制作、焊接、調(diào)試電路，完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；第3周：檢查設(shè)計(jì)結(jié)果、撰寫課設(shè)報(bào)告。摘要報(bào)警器的應(yīng)用十分廣泛，在汽車、摩托車報(bào)警器，倉(cāng)庫(kù)大門以及銀行保安系統(tǒng)中，幾乎無(wú)一例外地使用了報(bào)警器電路。而光電式報(bào)警器采用光電信號(hào)轉(zhuǎn)換的方式，不僅電路簡(jiǎn)單，而且安全可靠。與傳統(tǒng)的報(bào)警器相比較，光電報(bào)警器可應(yīng)用的范圍更加廣泛，如火災(zāi)探測(cè)

2、、煤氣泄露報(bào)警、玻璃破碎探測(cè)等。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（H92B4）把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該電信號(hào)驅(qū)動(dòng)譯碼器（CD4511）來(lái)控制數(shù)碼管的顯示，并利用邏輯或門來(lái)控制由555多諧振蕩器等組成的報(bào)警電路。該報(bào)警器的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，分別有光電轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字顯示模塊以及聲光報(bào)警模塊。關(guān)鍵詞：光耦、數(shù)碼顯示、聲光報(bào)警目錄第一章 系統(tǒng)組成11.1系統(tǒng)組成框圖11.2系統(tǒng)原理1第二章 主要單元模塊2 2.1光電轉(zhuǎn)換模塊22.2數(shù)字顯示模塊3 2.3聲光報(bào)警模塊4第三章總體電路設(shè)計(jì)5 3.1 總體電路5 3.2仿真結(jié)果分析6第四章 電路焊接與調(diào)試7第五章 實(shí)驗(yàn)結(jié)論8參考文獻(xiàn)9附錄

3、A 元件清單10附錄B 焊接實(shí)物圖11第一章 系統(tǒng)組成1.1系統(tǒng)組成框圖本次設(shè)計(jì)的光電式報(bào)警系統(tǒng)主要由光耦電路、譯碼電路、數(shù)碼顯示以及聲光報(bào)警等部分組成。光耦電路實(shí)現(xiàn)光信號(hào)采集及輸出功能，數(shù)碼顯示和聲光報(bào)警部分則對(duì)光耦輸出的信號(hào)進(jìn)行處理，從而產(chǎn)生報(bào)警指示作用。光耦電路 數(shù)碼顯示 譯碼電路 聲光報(bào)警 光耦電路 多諧振蕩 圖1.1 系統(tǒng)組成框圖1.2系統(tǒng)原理首先，槽型光耦中的發(fā)光二極管將電源提供的5V直流信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)并使其中的光敏三極管接收，槽型口的遮擋與否決定光敏三極管集電極輸出的電平高低，從而完成“電光電”信號(hào)的轉(zhuǎn)換。輸出的光控電信號(hào)通過(guò)CD4511譯碼使數(shù)碼管顯示不同的數(shù)字，通過(guò)邏輯或門

4、（74LS32）驅(qū)動(dòng)由555及蜂鳴器等組成的間歇式聲光報(bào)警電路，從而實(shí)現(xiàn)不同光路被遮擋時(shí)顯示不同數(shù)字和聲光報(bào)警。第二章 主要單元模塊2.1光電轉(zhuǎn)換模塊圖2.1 光電轉(zhuǎn)換模塊 圖2.2 H92B4引腳圖光耦內(nèi)由發(fā)光二極管和光敏三極管構(gòu)成：采用5V直流供電，為防止光耦燒壞，發(fā)光二極管應(yīng)串聯(lián)一個(gè)510電阻。同時(shí)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 30mA范圍內(nèi)，根據(jù)歐姆定律：I=U/RU=5 V，10mAI30mA ，故與紅外發(fā)光二極管串聯(lián)的電阻值為510歐，光敏三極管要串聯(lián)一個(gè)10k的電阻防止被擊穿。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，

5、發(fā)射結(jié)的電壓增大，當(dāng)超過(guò)三極管的導(dǎo)通電壓時(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)于工作在開關(guān)的閉合狀態(tài)，三極管C極相當(dāng)于直接接地，所以輸出信號(hào)為低電平“0”。當(dāng)有東西遮在發(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)于工作在開關(guān)的斷開狀態(tài)，C極電勢(shì)接近電源電壓即為高電平“1”。即光敏三極管受到光照時(shí)C，E極相當(dāng)于短路，被遮擋時(shí)相當(dāng)于斷路，這就有了高低電平的輸出來(lái)控制后面的數(shù)字電路部分。2.2 數(shù)字顯示模塊圖2.3 數(shù)字顯示模塊圖2.4 數(shù)碼管3611AS此模塊由芯片CD4511及一位七段共陰數(shù)碼管組成。由于只需顯示數(shù)

6、字03，故CD4511的二進(jìn)制數(shù)據(jù)輸入端的最高兩位2，6腳接地；最低兩位7，1腳則與光敏三極管的集電極輸出連接，七個(gè)數(shù)據(jù)輸出端分別串聯(lián)300限流電阻后接數(shù)碼管。此時(shí)CD4511正常工作，根據(jù)光耦輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示數(shù)字03。2.3聲光報(bào)警模塊圖2.5 聲光報(bào)警模塊此模塊使用蜂鳴器產(chǎn)生聲音報(bào)警，使用發(fā)光二極管產(chǎn)生光報(bào)警。根據(jù)要求要能發(fā)出間歇式報(bào)警，確定驅(qū)動(dòng)蜂鳴器和發(fā)光二極管的信號(hào)為具有一定頻率的脈沖波，所以采用由555構(gòu)成的多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。間歇式報(bào)警的周期為：T0.7*(R1+2R2)*C式中R1 =10k，R2=25k，C=4.7uF一般人耳的間歇感知度為0.1s，所以R1 和R2分別選取

7、10k和25k，電容C選取為4.7uF。由此確定間歇報(bào)警的周期約為0.2s，頻率約為5Hz。為實(shí)現(xiàn)任一光路被遮擋產(chǎn)生聲光報(bào)警，選用74LS32邏輯或門的輸入端和輸出端分別連接光敏三極管的輸出端和555定時(shí)器的復(fù)位端（4管腳）。當(dāng)555的復(fù)位端收到高電平信號(hào)后產(chǎn)生聲光報(bào)警，收到低電平時(shí)不報(bào)警。第三章 總體電路設(shè)計(jì)3.1 總體電路圖3.1 總電路仿真圖前文所述三個(gè)單元模塊合并即為總體電路，由H92B4構(gòu)成的兩個(gè)光電轉(zhuǎn)換器采集光信號(hào)后輸出到后級(jí)數(shù)字顯示和聲光報(bào)警模塊。由于只需顯示數(shù)字03，故只需要CD4511的二進(jìn)制數(shù)據(jù)輸入端的最低兩位與光電轉(zhuǎn)換器的輸出相接，七個(gè)數(shù)據(jù)輸出端分別串聯(lián)300限流電阻后接

8、數(shù)碼管。為實(shí)現(xiàn)任一光路被遮產(chǎn)生聲光報(bào)警，選用邏輯或門連接光電轉(zhuǎn)換模塊和報(bào)警模塊的控制端（即為555的復(fù)位端）。3.2仿真結(jié)果分析接通電源后，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)顯1，光路2被遮擋時(shí)顯2，同時(shí)被遮擋時(shí)顯3，且任一光路被遮擋時(shí)都會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，這與設(shè)計(jì)要求相符。圖3.2 數(shù)碼管顯示圖當(dāng)遮住任一光路時(shí)，用示波器測(cè)得蜂鳴器兩端的波形如下：圖3.3 蜂鳴器兩端波形圖從示波器上可看出驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲的信號(hào)為具有一定頻率的穩(wěn)定脈沖波，周期約為0.2s，這與理論設(shè)計(jì)的周期相符。使用仿真軟件產(chǎn)生的成功效果，驗(yàn)證了電路設(shè)計(jì)的正確性，為后續(xù)實(shí)際電路的焊接與調(diào)試提供了理論基礎(chǔ)。第四章 電路焊接與

9、調(diào)試在焊接過(guò)程中為確保實(shí)際電路的正確和盡早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題采用分模塊進(jìn)行調(diào)試的方法，即每焊接完一個(gè)模塊進(jìn)行檢查調(diào)試。光電轉(zhuǎn)換模塊焊接完畢后，接通電源，用萬(wàn)用表測(cè)量遮光和不遮光時(shí)光耦（H92B4）中光敏三極管集電極輸出的對(duì)地電壓分別為4.65V和0.25V，符合高低電平的要求，說(shuō)明該模塊焊接成功，可以進(jìn)行后級(jí)電路的焊接。將數(shù)碼顯示模塊的CD4511和數(shù)碼管與光電轉(zhuǎn)換模塊連接后發(fā)現(xiàn)遮擋光路2后數(shù)碼管顯示的2缺少中間的G段LED，對(duì)比理論電路后得知驅(qū)動(dòng)該段LED的為CD4511的數(shù)據(jù)輸出端的14管腳，用萬(wàn)用表的蜂鳴檔測(cè)量后發(fā)現(xiàn)該處出現(xiàn)虛焊。排除錯(cuò)誤后進(jìn)行最后的聲光報(bào)警模塊焊接，接通電源后用不透光紙片遮住任一

10、槽型光耦凹槽，發(fā)出間歇式聲光報(bào)警。所有電路全部焊接調(diào)試完成，符合要求。第五章 實(shí)驗(yàn)結(jié)論在本次課程設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)“光電式報(bào)警器”原理的研究，查閱了相關(guān)方面大量的書籍等資料，并用仿真軟件對(duì)其進(jìn)行了理論上的分析，為后續(xù)的設(shè)計(jì)、焊接及調(diào)試提供了理論依據(jù)。該設(shè)計(jì)主要分為三個(gè)單元模塊，光電轉(zhuǎn)換模塊對(duì)光信號(hào)進(jìn)行采集并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出到后兩個(gè)模塊，數(shù)碼管顯示被遮擋的光路信息，聲光報(bào)警模塊則根據(jù)前級(jí)電路的信號(hào)產(chǎn)生報(bào)警指示。值得一提的是，本次實(shí)驗(yàn)在理論設(shè)計(jì)和實(shí)際焊接調(diào)試過(guò)程中采用模塊化分步完成的思想，使設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單、方便、靈活性強(qiáng)；并且大大減少了實(shí)際操作過(guò)程中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤，能對(duì)焊接過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題做到了及早發(fā)現(xiàn)，及早處理。 參考文獻(xiàn)1華成英模擬電子技術(shù)基本教程M北京：清華大學(xué)出版社，20062閻石數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）M北京：高等教育出版社，20063胡斌圖表細(xì)說(shuō)電子元器件（第2版）M北京：電子工業(yè)出版社，20104陳有卿.實(shí)用555時(shí)基電路300例M北京：中國(guó)電力出版社，20055孫余凱傳感器應(yīng)用電路300例M北京：電子工業(yè)出版社，20086