光電報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 2012/2013 學(xué)年第 一 學(xué)期學(xué) 院： 信息商務(wù)學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 學(xué) 生 姓 名： 郝金風(fēng) 學(xué) 號(hào)： X13 課程設(shè)計(jì)題目： 光電報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 起 迄 日 期： 12 月 31 日 1 月 18 日 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 中北大學(xué) 指 導(dǎo) 教 師： 王偉 系 主 任： 程耀瑜 下達(dá)任務(wù)書日期: 2012 年 12月 31 日 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書1設(shè)計(jì)目的：在學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的基礎(chǔ)上，主要在電子儀器、微機(jī)綜合設(shè)計(jì)與實(shí)踐、單片機(jī)與A/D和D/A和光、計(jì)、電綜合應(yīng)用等幾個(gè)方面開展實(shí)踐活動(dòng)，鞏固

2、所學(xué)知識(shí)、培養(yǎng)動(dòng)手能力。2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等）：1、了解紅外發(fā)光二極管與光電二極管的具體應(yīng)用。2、了解主動(dòng)式光電報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理，了解鎖相環(huán)的原理及應(yīng)用。3、利用鎖相環(huán)設(shè)計(jì)光電報(bào)警系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 4、對(duì)影響光電探測(cè)性能的各種參數(shù)進(jìn)行探討，以求最大限度地發(fā)揮系統(tǒng)的探測(cè)能力。3設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書(論文)、圖紙、實(shí)物樣品等：1） 設(shè)計(jì)說明書符合要求；2） 相應(yīng)器件的工作原理及應(yīng)用；3） 系統(tǒng)工作原理圖；4） 參考文獻(xiàn)原文不少于3篇。 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書4主要參考文獻(xiàn)：l 要求按國(guó)標(biāo)GB 771487文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則書寫，例：1

3、 傅承義，陳運(yùn)泰，祁貴中.地球物理學(xué)基礎(chǔ).北京：科學(xué)出版社，1985 （5篇以上）5設(shè)計(jì)成果形式及要求：設(shè)計(jì)說明書及相關(guān)電路圖6工作計(jì)劃及進(jìn)度：2012- 12月 31日 1月 3日 了解設(shè)計(jì)題目及熟悉資料2013- 1月 4日 1月 7 日 確定各題目要求計(jì)算相關(guān)參數(shù)，確定具體設(shè)計(jì)方案1月 8日 1月 14 日 結(jié)合要求具體設(shè)計(jì)與仿真1月 15日 1 月18日 整理課程設(shè)計(jì)說明書，答辯或成績(jī)考核系主任審查意見： 簽字： 年 月 日目錄 引言 .6 第一章 設(shè)計(jì)要求.7 1.1總體電路設(shè)計(jì).7 1.2光電報(bào)警器原理介紹.8 第二章 光電報(bào)警器電路設(shè)計(jì).9 2.1光電轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì).9 2.2數(shù)字

4、顯示模塊設(shè)計(jì).10 2.3聲光報(bào)警模塊設(shè)計(jì).12 第三章 proteus電路仿真.13 3.1proteus電路仿真.13 第四章 電路調(diào)試過程與測(cè)試結(jié)果分析.16 結(jié)論.17 參考文獻(xiàn).18 附錄.19 引 言報(bào)警器的應(yīng)用非常廣泛。在汽車、摩托車報(bào)警器，倉(cāng)庫(kù)大門，以及家庭保安系統(tǒng)中，幾乎無一例外地使用了報(bào)警器電路。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越高的要求。傳統(tǒng)的報(bào)警器通常采用觸摸式、開關(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)等優(yōu)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。光電式報(bào)警就很好的改善了這一點(diǎn)。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

5、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。本文設(shè)計(jì)的光電式報(bào)警器是報(bào)警器和光耦小小的結(jié)合，但它可以運(yùn)用到各種生產(chǎn)線上，如紡紗工業(yè)的監(jiān)測(cè)各個(gè)絲線的有無斷點(diǎn)，并加以提示，也可以稍加改進(jìn)，讓其能夠計(jì)數(shù)，記錄生產(chǎn)進(jìn)度，安全性能高，節(jié)約了人力資源 ，并且不易出錯(cuò)，還能運(yùn)用到人力不能監(jiān)測(cè)的環(huán)境?？梢姽怆妶?bào)警器的運(yùn)用可以延伸到各個(gè)行業(yè)，各個(gè)領(lǐng)域。第一章 光電式報(bào)警器的原理及總體設(shè)計(jì)1.1 總體電路設(shè)計(jì)本電路由3部分組成：光電轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字顯示電路、聲光報(bào)警電路。設(shè)計(jì)雙光路結(jié)構(gòu)，通

6、過光照光敏三級(jí)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(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)數(shù)碼管顯2，同時(shí)被遮擋時(shí)數(shù)碼管顯3。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。芯片SN74LS247N是驅(qū)動(dòng)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(gè)100歐的電阻。 報(bào)警器控制譯碼輸出數(shù)碼顯示光電轉(zhuǎn)換+5V穩(wěn)壓電源光電式報(bào)警器框圖1.2 光電報(bào)警器原理介紹電路的工作原路如圖 ，電路中的上側(cè)為第一路，下側(cè)電路為第二路電路，當(dāng)兩路電路都沒有被遮擋的時(shí)候，光耦是導(dǎo)通的，即光耦上端兩端電壓都為低，然后經(jīng)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(qū)動(dòng)蜂鳴器響，故不會(huì)響鈴，同時(shí)光耦上端的的低電平信號(hào)與74LS247中的1、7腳輸入的信號(hào)，輸出的信號(hào)通過共陽數(shù)碼管顯示為0。當(dāng)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(gè)光耦上端的電平有一個(gè)為高，另一個(gè)為低，然后經(jīng)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(chǎn)生1.23KHZ的矩形脈沖，使蜂鳴器會(huì)響鈴。同時(shí)光耦上端的的高、低電平信號(hào)與74LS247中的1、7（7、1）腳輸入的信號(hào)，輸出的信號(hào)通過共陽數(shù)碼管顯示為1、2。當(dāng)兩路光耦都被遮擋的時(shí)候，光耦就會(huì)都不導(dǎo)通，光耦在截止?fàn)顟B(tài)，

8、即光耦上端兩端電壓都為高，然后經(jīng)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(qū)動(dòng)蜂鳴器響，故會(huì)響鈴，同時(shí)光耦上端的的高電平信號(hào)與74LS247中的1、7腳輸入的信號(hào)，輸出的信號(hào)通過共陽數(shù)碼管顯示為3。第二章 光電報(bào)警器電路設(shè)計(jì)2.1 光電轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)光電轉(zhuǎn)換電路圖如圖2.1.1所示：圖 2.1.1光電轉(zhuǎn)換采用光耦，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，應(yīng)該在二極管串聯(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 mA 30mA范圍內(nèi)，根據(jù)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(jí)管要串聯(lián)一個(gè)24千歐的電阻以防止被擊穿。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，發(fā)射結(jié)的電壓增大，當(dāng)超過三極管的導(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)，B點(diǎn)電勢(shì)接近電源電壓即為高電平“1”。2

10、.2 數(shù)字顯示模塊設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)A,B,C和D為低電平，數(shù)碼管顯示0。只有當(dāng)A為高電平顯示1。只有當(dāng)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(qū)動(dòng)器，低電平時(shí)有效。所以在共陽數(shù)碼管之前要加8個(gè)100歐的電阻，以保護(hù)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(diǎn)亮相應(yīng)的點(diǎn)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(qū)動(dòng)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(zhuǎn)換模塊中光敏三極管輸出的連接。此時(shí)74LS32正常工作，驅(qū)動(dòng)共陽數(shù)碼顯示器工作，以顯示數(shù)字0到3。2.3聲光報(bào)警模塊設(shè)計(jì)聲光報(bào)警電路可以采用555振蕩電路實(shí)現(xiàn)，首先了解555芯片的結(jié)構(gòu)性能：555 定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相

12、結(jié)合的中規(guī)模集成器件。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(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。聲光報(bào)警電路圖如圖2.4.1所示：圖 2.4

13、.1光報(bào)警選擇發(fā)光二極管，聲音報(bào)警選擇蜂鳴器。如果要求發(fā)出間歇式的報(bào)警，則肯定要求驅(qū)動(dòng)蜂鳴器和發(fā)光二極管的信號(hào)為穩(wěn)定的方波，即為有固定周期的高低電平，因此采用由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但是如果周期選擇得太大的話，間歇的時(shí)間就太長(zhǎng)，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(diǎn)分別取200k和100k，C1適中取1uF，間歇報(bào)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(diǎn)更將有利于將交流引入大地，所以取C2=0.01uF。由于設(shè)計(jì)的要求是有時(shí)需要報(bào)警電路工作，有時(shí)不需要報(bào)警，因此可以用前級(jí)電路的輸出電平來控制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)，聲光報(bào)警器開始工作；當(dāng)輸入低電平的時(shí)，聲光報(bào)警器不工作。第三章 Proteus電路仿真3.1 Proteus電路仿真當(dāng)兩路沒有被遮擋時(shí)，光耦導(dǎo)通，輸出低電平，數(shù)碼管顯示0，蜂鳴器不報(bào)警，如圖3.1.1圖3.1.1 顯示電路 當(dāng)1路被遮擋，2路沒被遮擋時(shí)，數(shù)碼管顯示1，蜂鳴器報(bào)警，如圖3.1.2圖3.1.2 顯示電路 當(dāng)2路被遮擋，1路沒被遮擋時(shí)，數(shù)碼管顯示2，蜂鳴器報(bào)警，如圖3.1.3圖3.1.3 顯示

15、電路當(dāng)兩路都被遮擋，數(shù)碼管顯示3，蜂鳴器報(bào)警，如圖3.1.4圖3.1.4 顯示電路第四章 電路焊接調(diào)試過程與測(cè)試結(jié)果分析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)問題將會(huì)很難查出來，而且還會(huì)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(shí)千萬不要搞錯(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。2 調(diào)試要點(diǎn)調(diào)試用到的儀器有：數(shù)字萬用表、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)

16、字萬用表分別測(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，這說明電路出現(xiàn)了問題，關(guān)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(jié)果沒有，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用表測(cè)試，結(jié)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，說明

17、數(shù)碼顯示這個(gè)模塊沒有出現(xiàn)問題，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，這部分也沒有出現(xiàn)問題，所有電路全部焊接調(diào)試完畢。最后調(diào)試成功后的電路實(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)，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(shí)被遮擋顯示3。結(jié)論在這次設(shè)計(jì)中，通過對(duì)“光電式報(bào)警器”的設(shè)計(jì)、安裝以及調(diào)試，我從中學(xué)到了不少知識(shí)。在本次實(shí)驗(yàn)中，我學(xué)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(jīng)成功了，測(cè)試也是一個(gè)很重要的階段。在測(cè)試的過程，我掌握了一些電路調(diào)試的方法和一般規(guī)律，同時(shí)也掌握了如何來檢查和排除實(shí)驗(yàn)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(cè)試成功，可能在實(shí)驗(yàn)的過程中要不斷修改方案。 參考文獻(xiàn)1郭明瓊，李瀟，卿太全。常用數(shù)字集成電路原理與應(yīng)用。人民郵電出版社。2006。2康華光。電子技術(shù)基礎(chǔ)-數(shù)字部分（第五版）。高等教育出版社。2006。3華成英，童詩(shī)白。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）。高等教育出版社。2006。4姜雪松，王鷹。電磁兼容與PCB設(shè)計(jì)