光電關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新實訓平臺試驗參考指導書

目錄TOC\o"1-1"\h\z\u實驗儀闡明 2實驗一、光控開關(guān)設(shè)計實驗 3實驗二、光照度計設(shè)計實驗 5實驗三、光電報警設(shè)計實驗 8實驗四、紅外遙控設(shè)計實驗 13實驗五、PSD位移測試設(shè)計實驗 21實驗六、熱釋電報警器設(shè)計實驗 24實驗七、光電轉(zhuǎn)速計設(shè)計實驗 27實驗八、光電測距設(shè)計實驗 30實驗九、太陽能充電器設(shè)計實驗 33實驗十、顏色辨認系統(tǒng)設(shè)計實驗 38實驗十一、光電開關(guān)里程表設(shè)計實驗 44實驗儀闡明一、產(chǎn)品簡介：光電技術(shù)是光學、電子學和計算機科學知識高度集中，是跨學科邊沿技術(shù)。光電技術(shù)廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)和家庭生活等各領(lǐng)域。在這些領(lǐng)域中，幾乎都涉及將光輻射信息轉(zhuǎn)換為電信息問題，即光輻射檢測問題。因而光電檢測技術(shù)是光電技術(shù)核心和重要構(gòu)成某些。光電檢測具備非接觸、實時和高精度等特點，其技術(shù)得到迅速發(fā)展。光電探測器可將一定光輻射轉(zhuǎn)換為電信號，然后通過信號解決，去實現(xiàn)某種目。它是光電系統(tǒng)核心構(gòu)成某些，其性能直接影響著光電系統(tǒng)性能。GCGDCX-B型光電技術(shù)創(chuàng)新實訓平臺針對光電器件應(yīng)用設(shè)計而開發(fā)，提供各種（可選）光電器件應(yīng)用模塊、設(shè)計模塊、以及設(shè)計中所需要電子元器件，并配備有各種電源接口。學生依照所提供實驗?zāi)K進行設(shè)計，或依照所提供實驗?zāi)K進行二次開發(fā)，提高學生動手動腦能力及創(chuàng)新意識。二、系統(tǒng)構(gòu)成：整個系統(tǒng)分4某些：主機箱：主機箱重要為各設(shè)計模塊提供電源供應(yīng)以及模塊固定。一種主機箱可以安放六個設(shè)計模塊。實驗?zāi)K：通過各實驗?zāi)K完畢各應(yīng)用實驗。設(shè)計性實驗物料：二次開發(fā)實驗用。導軌構(gòu)造件組件：固定各種光電器件用。實驗一、光控開關(guān)設(shè)計實驗一、實驗?zāi)?、理解和掌握光敏電阻光控開關(guān)應(yīng)用原理2、理解和掌握光控開關(guān)電路原理二、實驗內(nèi)容1、光敏電阻光控開關(guān)實驗2、設(shè)計性實驗三、實驗儀器1、光電創(chuàng)新實驗儀主機箱2、光控開關(guān)實驗?zāi)K3、連接線4、萬用表四、實驗原理1、光敏電阻構(gòu)造與工作原理光敏電阻又稱光導管，它幾乎都是用半導體材料制成光電器件。光敏電阻沒有極性，純粹是一種電阻器件，使用時既可加直流電壓，也可以加交流電壓。無光照時，光敏電阻值（暗電阻）很大，電路中電流（暗電流）很小。當光敏電阻受到一定波長范疇光照時，它阻值（亮電阻）急劇減小，電路中電流迅速增大。普通但愿暗電阻越大越好，亮電阻越小越好，此時光敏電阻敏捷度高。實際光敏電阻暗電阻值普通在兆歐量級，亮電阻值在幾千歐如下。光敏電阻構(gòu)造很簡樸，下圖（a）為金屬封裝硫化鎘光敏電阻構(gòu)造圖。在玻璃底板上均勻地涂上一層薄薄半導體物質(zhì)，稱為光導層。半導體兩端裝有金屬電極，金屬電極與引出線端相連接，光敏電阻就通過引出線端接入電路。為了防止周邊介質(zhì)影響，在半(a)光敏電阻構(gòu)造；(b)(a)光敏電阻構(gòu)造；(b)光敏電阻電極；(c)光敏電阻接線圖導體光敏層上覆蓋了一層漆膜，漆膜成分應(yīng)使它在光敏層最敏感波長范疇內(nèi)透射率最大。為了提高敏捷度，光敏電阻電極普通采用梳狀圖案，如圖（b）所示。圖（c）為光敏電阻接線圖。2、本實驗通過變化照射到光敏電阻上光強大小來控制繼電器開關(guān)狀態(tài)，從而控制發(fā)光二極管批示燈亮和滅。五、注意事項1、不得扳動面板上面元器件，以免導致電路損壞，導致實驗儀不能正常工作。2、金色測試鉤闡明：Vlm為比較器輸入電壓測試點、Vyz為閾值電壓測試點。六、實驗環(huán)節(jié)1、光敏電阻輸出端金色插座相應(yīng)接到“IN”端金色插座，“OUT”端相應(yīng)接到繼電器正負端。2、打開電源開關(guān)，用萬用表測量Vlm端電壓，用手遮擋光敏電阻，分別記下明、暗時Vlm電壓。3、調(diào)節(jié)閾值電壓使Vyz值在明暗電壓值之間。4、用手遮擋光敏電阻，觀測批示燈批示狀況。七、設(shè)計性實驗光控開關(guān)原理圖如下，IN1和CON1為光敏電阻輸入端。U8為運算放大器，型號為OP07，此運算放大器構(gòu)成比較器電路。當3腳電壓高于2腳電壓時輸出高電平，三極管Q4截止繼電器不吸合，發(fā)光二極管不發(fā)光。反之2腳輸出低電平，三極管Q4導通，繼電器得電導通，發(fā)光二極管發(fā)光。八、思考題分析光敏電阻應(yīng)用場合。實驗二、光照度計設(shè)計實驗一、實驗?zāi)?、理解和掌握光電池在光照度計上應(yīng)用原理2、理解和掌握光照度計構(gòu)造原理3、理解和掌握光照度計電路設(shè)計原理二、實驗內(nèi)容1、光照度計測量光照度實驗2、光照度計設(shè)計實性驗三、實驗儀器1、光電創(chuàng)新實驗儀主機箱2、光照度計&光功率計設(shè)計模塊3、照度計探頭4、連接線4、萬用表四、實驗原理光照度是光度計量重要參數(shù)之一，而光度計量是光學計量最基本某些。光度量是限于人眼可以見到一某些輻射量，是通過人眼視覺效果去衡量，人眼視覺效果對各種波長是不同，通慣用V（λ）表達，定義為人眼視覺函數(shù)或光譜光視效率。因而，光照度不是一種純粹物理量，而是一種與人眼視覺關(guān)于生理、心理物理量。光照度是單位面積上接受光通量，因而可以導出：由一種發(fā)光強度I點光源，在相距L處平面上產(chǎn)生光照度與這個光源發(fā)光強度成正比，與距離平方成反比，即：式中：E——光照度，單位為Lx；I——光源發(fā)光強度，單位為cd；L——距離，單位為m。光照度計是用來測量照度儀器，它構(gòu)造原理如下圖所示：圖3-1圖中D為光探測器，圖3-2為典型硅光探測器相對光譜響應(yīng)曲線；C為余弦校正器，在光照度測量中，被測面上光不也許都來自垂直方向，因而照度計必要進行余弦修正，使光探測器不同角度上光度響應(yīng)滿足余弦關(guān)系。余弦校正器使用是一種漫透射材料，當入射光無論以什么角度射在漫透射材料上時，光探測器接受到始終是漫射光。余弦校正器透光性要好；F為V（λ）校正器，在光照度測量中，除了但愿光探測器有較高敏捷度、較低噪聲、較寬線性范疇和較快響應(yīng)時間等外，還規(guī)定相對光譜響應(yīng)符合視覺函數(shù)V（λ），而普通光探測器光譜響應(yīng)度與之相差甚遠，因而需要進行V（λ）匹配。匹配基本上都是通過給光探測器加恰當濾光片（V（λ）濾光片）來實現(xiàn)，滿足條件濾光片往往需要不同型號和厚度幾片顏色玻璃組合來實現(xiàn)匹配。當D接受到通過C和F光輻射時，所產(chǎn)生光電信號，一方面通過I/V變換，然后通過運算放大器A放大，最后在顯示屏上顯示出相應(yīng)信號定標后就是照度值。圖3-2硅光電探測器光譜特性曲線圖3-3光譜視覺曲線照度測量誤差因素1）照度計相對光譜響應(yīng)度與V（λ）偏離引起誤差。2）接受器線性：也就是說接受器響應(yīng)度在整個指定輸出范疇內(nèi)為常數(shù)。3）疲勞特性：疲勞是照度計在恒定工作條件下，由投射照度引起響應(yīng)度可逆暫時變化。4）照度計方向性響應(yīng)。5）由于量程變化產(chǎn)生誤差：這個誤差是照度計開關(guān)從一種量程變到鄰近量程所產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。6）溫度依賴性：溫度依賴性是用環(huán)境溫度對照度頭絕對響應(yīng)度和相對光譜響應(yīng)度影響來表征。7）偏振依賴性：照度計輸出信號還依賴于光源偏振狀態(tài)。8）照度頭接受面受非均勻照明影響。五、注意事項1、不得扳動面板上面元器件，以免導致電路損壞，導致實驗儀不能正常工作。2、闡明：輸入“+”“-”為探頭輸入端、輸出“+”“-”為照度計輸出電壓測試點。X1、X10、X100開關(guān)為放大倍數(shù)切換開關(guān)。六、實驗環(huán)節(jié)1、照度計探頭紅黑插座相應(yīng)接到實驗?zāi)K上輸入端“+”“-”。2、萬用表紅黑表筆相應(yīng)接到實驗?zāi)K上輸出端“+”“-”。3、放大倍數(shù)切換開關(guān)撥至X1擋，向上撥。4、打開電源開關(guān)，觀測萬用表批示數(shù)值。5、變化不同光照度和放大倍數(shù)，觀測萬用表批示數(shù)值變化。6、關(guān)閉電源。七、設(shè)計性實驗光照度計電路原理圖如下：U1對光電池輸出電流進行I/V變換，將光電流轉(zhuǎn)換為電壓，K1為檔位切換開關(guān)。U2對輸出電壓進行放大，調(diào)節(jié)RP1阻值大小可以給便放大倍數(shù)，5腳相應(yīng)電位器為調(diào)零電位器。八、思考題分析放大電路芯片選用條件。實驗三、光電報警設(shè)計實驗一、實驗?zāi)?、理解紅外砷化鎵發(fā)光二極管與光電二極管詳細應(yīng)用。2、練習自擬簡樸光電系統(tǒng)實驗。3、理解積極式光電報警系統(tǒng)設(shè)計原理。4、理解鎖相環(huán)原理及應(yīng)用。5、對影響光電探測性能各種參數(shù)進行探討，以求最大限度地發(fā)揮系統(tǒng)探測能力。二、實驗內(nèi)容1、鎖相環(huán)原理及應(yīng)用測試實驗2、運用鎖相環(huán)設(shè)計光電報警系統(tǒng)實驗3、設(shè)計性實驗三、實驗儀器1、光電創(chuàng)新實驗儀主機箱2、光電報警實驗?zāi)K3、連接線4、示波器四、實驗原理光電報警系統(tǒng)是一種重要監(jiān)視系統(tǒng)，當前其種類已經(jīng)日益增多。有對飛機、導彈等軍事目的入侵進行報警系統(tǒng)，也有對機場、重要設(shè)施或危禁區(qū)域防范進行報警系統(tǒng)。普通說來，被動報警系統(tǒng)保密性好，但是設(shè)備比較復(fù)雜；而積極報警系統(tǒng)可以運用特定調(diào)制編碼規(guī)律，達到一定保密效果，設(shè)備比較簡樸。本系統(tǒng)調(diào)制電源提供紅外發(fā)射二極管擬定規(guī)律變化調(diào)制電流，使發(fā)光管發(fā)出紅外調(diào)制光。光電二極管接受調(diào)制光，轉(zhuǎn)換后信號經(jīng)放大，整形，解調(diào)后控制報警器。（1）用NE555定期器構(gòu)成多諧振蕩器作調(diào)制電源。NE555定期器構(gòu)成多諧振蕩器NE555定期器構(gòu)成多諧振蕩器NE555集成電路用它構(gòu)成占空比為50%多諧振蕩器原理圖如上圖所示。下面對照電路圖簡述其工作原理及參數(shù)選取。在前半周期，V1通過R2、D對C1充電，由于二極管D作用，電流不通過R1，因而其充電時間T1為：而在后半周期，電容放電時，二極管反向電阻無窮大，555內(nèi)部三極導通，電流通過R1至7腳直接放電，此時其放電時間T2為：當A點電壓上升到上限閾值電壓（約）時，定期器輸出翻轉(zhuǎn)成低電平。這時，A點電壓將隨放電而按指數(shù)規(guī)律下降。當A點下降到下限閾值電壓（約）時，定期器輸出又變成高電平，調(diào)節(jié)、電阻值得到嚴格方波輸出。當R1=R2時，輸出為方波信號。其輸出頻率為：參照值：=0.1μF，。用NE555構(gòu)成振蕩器來作紅外發(fā)光管BT401時，由于紅外發(fā)光管BT401工作電流在30mA以上，因而一定加一種三極管驅(qū)動電路。使輸出電流不不大于或等于紅外發(fā)光管最小工作電流。其驅(qū)動電路參照電路圖如下圖：紅外發(fā)光二極管驅(qū)動電路紅外發(fā)光二極管驅(qū)動電路（2）信號放大電路原理電路如圖所示，由運算放大器OP07構(gòu)成放大電路，將光敏二極管所接受電流信號放大，放大增益通過調(diào)節(jié)R3阻值變化。圖5報警用參照電路圖5報警用參照電路（3）鎖相環(huán)原理下圖為鎖相環(huán)電路原理圖。LM567是一片鎖相環(huán)電路，采用8腳雙列直插塑封。其⑤、⑥腳外接電阻和電容決定了內(nèi)部壓控振蕩器中心頻率f2，f2≈1/1.1RC。其①、②腳普通分別通過一電容器接地，形成輸出濾波網(wǎng)絡(luò)和環(huán)路單級低通濾波網(wǎng)絡(luò)。②腳所接電容決定鎖相環(huán)路捕獲帶寬：電容值越大，環(huán)路帶寬越窄。①腳所接電容容量應(yīng)至少是②腳電容2倍。③腳是輸入端，規(guī)定輸入信號≥25mV。⑧腳是邏輯輸出端，其內(nèi)部是一種集電極開路三極管，容許最大灌電流為100mA。LM567工作電壓為4.75～9V，工作頻率從直流到500kHz，靜態(tài)工作電流約8mA。LM567內(nèi)部電路及詳細工作過程非常復(fù)雜，這里僅將其基本功能概述如下：當LM567③腳輸入幅度≥25mV、頻率在其帶寬內(nèi)信號時，⑧腳由高電平變成低電平，②腳輸出經(jīng)頻率/電壓變換調(diào)制信號；如果在器件②腳輸入音頻信號，則在⑤腳輸出受②腳輸入調(diào)制信號調(diào)制調(diào)頻方波信號。在圖4電路中咱們僅運用了LM567接受到相似頻率載波信號后⑧腳電壓由高變低這一特性，來形成對控制對象控制。鎖相環(huán)電路五、注意事項1、不得扳動面板上面元器件，以免導致電路損壞，導致實驗儀不能正常工作。2、金色測試鉤闡明：Ft為調(diào)制頻率測試點、Ff為光電二極管輸出放大信號測試點，F(xiàn)y為整形后信號測試點、FC為鎖相環(huán)中心頻率測試點、GND為系統(tǒng)接地點。六、實驗環(huán)節(jié)1、紅外發(fā)射二極管“L+”“L-”相應(yīng)接入電路中發(fā)射某些“L+”“L-”；光電二極管“P+”“P-”相應(yīng)接入電路中接受某些“P-”“P+”。2、打開電源，示波器觀測Ft點波形，調(diào)節(jié)調(diào)制頻率調(diào)節(jié)旋鈕，使波形輸出為1比1方波。3、示波器觀測Ff點波形，調(diào)節(jié)增益調(diào)節(jié)使波形最佳。4、示波器觀測Fy點波形，調(diào)節(jié)閾值調(diào)節(jié)旋鈕，使輸出方波波形最佳，并記錄頻率。5、示波器觀測Fc點波形，調(diào)節(jié)中心頻率調(diào)節(jié)旋鈕使波形頻率與Fy波形頻率相等。6、用手遮擋光路，觀測LED發(fā)光二極管批示狀況。七、設(shè)計性實驗1、紅外調(diào)制發(fā)射電路原理圖如下2、放大電路如下，調(diào)節(jié)RP3可以變化放大電路增益，T12T13為光電二極管輸入端。3、整形電路如下，調(diào)節(jié)RP4可以變化閾值電壓大小。4、鎖相環(huán)電路圖如下，變化W4可以變化中心頻率。八、思考題1、為了提高作用距離，光源調(diào)制頻率和占空例如何取值？2、當攔截光束目的運動較快或較慢，接受電路和電路參數(shù)應(yīng)如何考慮能保證正常報警。實驗四、紅外遙控設(shè)計實驗一、實驗?zāi)?、理解紅外遙控原理2、理解掌握紅外遙控電路設(shè)計辦法二、實驗內(nèi)容1、紅外遙控編解碼實驗2、4路遙控原理實驗3、設(shè)計性實驗三、實驗儀器1、光電創(chuàng)新實驗儀主機箱2、紅外遙控實驗?zāi)K3、連接線4、示波器四、實驗原理PT2262/2272是臺灣普城公司生產(chǎn)一種CMOS工藝制造低功耗低價位通用編解碼電路，PT2262/2272最多可有12位(A0-A11)三態(tài)地址端管腳(懸空,接高電平,接低電平),任意組合可提供531441地址碼,PT2262最多可有6位(D0-D5)數(shù)據(jù)端管腳,設(shè)定地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出，可用于無線遙控發(fā)射電路。編碼芯片PT2262發(fā)出編碼信號由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼構(gòu)成一種完整碼字，解碼芯片PT2272接受到信號后，其地址碼通過兩次比較核對后，相應(yīng)數(shù)據(jù)腳也輸出高電平。PT2262特點：CMOS工藝制造，低功耗、外部元器件少、RC振蕩電阻、工作電壓范疇寬：2.6-15v、數(shù)據(jù)最多可達6位、地址碼最多可達531441種。

應(yīng)用范疇：車輛防盜系統(tǒng)、家庭防盜系統(tǒng)、遙控玩具、其她電器遙控引腳圖：

管腳闡明：名稱管腳說明A0-A111-8、10-13地址管腳,用于進行地址編碼,可置為“0”,“1”,“f”(懸空),D0-D57-8、10-13數(shù)據(jù)輸入端，有一種為“1”即有編碼發(fā)出，內(nèi)部下拉Vcc18電源正端（＋）Vss9電源負端（－）TE14編碼啟動端，用于多數(shù)據(jù)編碼發(fā)射，低電平有效；OSC116振蕩電阻輸入端，與OSC2所接電阻決定振蕩頻率；OSC215振蕩電阻振蕩器輸出端；Dout17編碼輸出端（正常時為低電平）在詳細應(yīng)用中，外接振蕩電阻可依照需要進行恰當調(diào)節(jié)，阻值越大振蕩頻率越慢，編碼寬度越大，發(fā)碼一幀時間越長。注意：下圖電路應(yīng)用在無線遙控，如果在紅外遙控領(lǐng)域，需要芯片型號為PT2262-IR。解碼電路PT2272引腳圖：名稱管腳說明A0-A111-8、10-13地址管腳,用于進行地址編碼,可置為“0”,“1”,“f”(懸空),必要與2262一致,否則不解碼D0-D57-8、10-13地址或數(shù)據(jù)管腳,當做為數(shù)據(jù)管腳時,只有在地址碼與2262一致,數(shù)據(jù)管腳才干輸出與2262數(shù)據(jù)端相應(yīng)高電平,否則輸出為低電平,鎖存型只有在接受到下一數(shù)據(jù)才干轉(zhuǎn)換Vcc18電源正端（＋）Vss9電源負端（－）DIN14數(shù)據(jù)信號輸入端，來自接受模塊輸出端OSC116振蕩電阻輸入端，與OSC2所接電阻決定振蕩頻率；OSC215振蕩電阻振蕩器輸出端；VT17解碼有效確認輸出端（常低）解碼有效變成高電平（瞬態(tài)）

地址碼和數(shù)據(jù)碼都用寬度不同脈沖來表達，兩個窄脈沖表達“0”；兩個寬脈沖表達“1”；一種窄脈沖和一種寬脈沖表達“F”也就是地址碼“懸空”

上面是咱們從超再生接受模塊信號輸出腳上截獲一段波形，可以明顯看到，圖上半某些是一組一組字碼，每組字碼之間有同步碼隔開，因此咱們?nèi)绻脝纹瑱C軟件解碼時，程序只要判斷出同步碼，然后對背面字碼進行脈沖寬度辨認即可。圖下某些是放大一組字碼：一種字碼由12位AD碼（地址碼加數(shù)據(jù)碼，例如8位地址碼加4位數(shù)據(jù)碼）構(gòu)成，每個AD位用兩個脈沖來代表：兩個窄脈沖表達“0”；兩個寬脈沖表達“1”；一種窄脈沖和一種寬脈沖表達“F”也就是地址碼“懸空”

2262每次發(fā)射時至少發(fā)射4組字碼，2272只有在持續(xù)兩次檢測到相似地址碼加數(shù)據(jù)碼才會把數(shù)據(jù)碼中“1”驅(qū)動相應(yīng)數(shù)據(jù)輸出端為高電平和驅(qū)動VT端同步為高電平。

由于無線發(fā)射特點，第一組字碼非常容易受零電平干擾，往往會產(chǎn)生誤碼，因此程序可以丟棄解決。

PT2272解碼芯片有不同后綴，表達不同功能，有L4/M4/L6/M6之分，其中L表達鎖存輸出，數(shù)據(jù)只要成功接受就能始終保持相應(yīng)電平狀態(tài)，直到下次遙控數(shù)據(jù)發(fā)生變化時變化。M表達非鎖存輸出，數(shù)據(jù)腳輸出電平是瞬時并且和發(fā)射端與否發(fā)射相相應(yīng)，可以用于類似點動控制。后綴6和4表達有幾路并行控制通道，當采用4路并行數(shù)據(jù)時（PT2272-M4)，相應(yīng)地址編碼應(yīng)當是8位，如果采用6路并行數(shù)據(jù)時(PT2272-M6)，相應(yīng)地址編碼應(yīng)當是6位。PT2262/2272芯片地址編碼設(shè)定和修改：

在普通使用中，咱們普通采用8位地址碼和4位數(shù)據(jù)碼，這時編碼電路PT2262和解碼PT2272第1～8腳為地址設(shè)定腳，有三種狀態(tài)可供選?。簯铱铡⒔诱娫?、接地三種狀態(tài)，38次方為6561，因此地址編碼不重復(fù)度為6561組，只有發(fā)射端PT2262和接受端PT2272地址編碼完全相似，才干配對使用，遙控模塊生產(chǎn)廠家為了便于生產(chǎn)管理，出廠時遙控模塊PT2262和PT2272八位地址編碼端所有懸空，這樣顧客可以很以便選取各種編碼狀態(tài)，顧客如果想變化地址編碼，只要將PT2262和PT22721～8腳設(shè)立相似即可，例如將發(fā)射機PT2262第1腳接地第5腳接正電源，其他引腳懸空，那么接受機PT2272只要也第1腳接地第5腳接正電源，其他引腳懸空就能實現(xiàn)配對接受。當兩者地址編碼完全一致時，接受機相應(yīng)D1～D4端輸出約4V互鎖高電平控制信號，同步VT端也輸出解碼有效高電平信號。顧客可將這些信號加一級放大，便可驅(qū)動繼電器、功率三極管等進行負載遙控開關(guān)操縱。

五、注意事項1、不得扳動面板上面元器件，以免導致電路損壞，導致實驗儀不能正常工作。2、地址編碼和地址解碼編碼辦法：編解碼均為三態(tài)，高、低和懸空，分為上中下3排，每排相應(yīng)地址位看模塊上標示。短接上兩排為低，下兩排為高，不短接則為懸空。六、實驗環(huán)節(jié)1、將模塊上紅外發(fā)射二極管金色插孔“L+”“L-”通過連線連接至發(fā)射金色插孔“L+”“L-”，紅外接受頭金色插孔“GND”“VCC”“SIG”通過連線連接至接受金色插孔“GND”“VCC”“SIG”（GCCGND為接受頭供電端，SIG為接受頭信號輸出端）。2、“TE”分別設(shè)為3態(tài)，用示波器觀測編碼芯片PT226217腳輸出波形狀態(tài)。3、“TE”分別設(shè)為低電平，按下4路控制任何一路開關(guān)，用示波器觀測接受頭“SIG”波形。4、使用短路塊將編碼解碼設(shè)立相似狀態(tài)，按下4路控制任何一路開關(guān)，觀測4路輸出只是狀態(tài)。5、使用短路塊將編碼解碼設(shè)立不同狀態(tài)，按下4路控制任何一路開關(guān)，觀測4路輸出只是狀態(tài)。6、分析紅外遙控原理。七、設(shè)計性實驗上圖為編碼發(fā)射電路。U1為芯片PT2262，在沒有按鍵按下時，U1不通電，任意按鍵按下時，+5V通過二極管4148后為芯片供電，這樣設(shè)計可以減少產(chǎn)品功耗。U1輸出波形通過三極管Q1調(diào)制到紅外發(fā)射二極管上。3排9針插針用來對芯片進行3態(tài)編碼。下圖為接受解碼電路。U2為芯片PT2272，紅外接受頭接受到得信號通過三極管Q2驅(qū)動后送入芯片PT2272輸入端，3排8針插針用來對芯片進行3態(tài)編碼。本實驗手冊提供原理圖為4路編解碼原理，同窗們有興趣可以依照芯片原理設(shè)計相應(yīng)其他路數(shù)遙控。八、思考題分析紅外接受頭SM0038原理。實驗五、PSD位移測試設(shè)計實驗一、實驗?zāi)?、理解PSD位置傳感器工作原理及其特性2、理解并掌握PSD位置傳感器測量位移辦法3、理解并掌握PSD位置傳感器輸出信號解決電路原理二、實驗內(nèi)容1、一維PSD光學系統(tǒng)組裝調(diào)試實驗2、PSD輸出信號解決實驗3、PSD輸出信號誤差補償實驗4、PSD測位移原理實驗5、設(shè)計實驗三、實驗儀器1、光電創(chuàng)新實驗儀主機箱2、PSD位移測試模塊3、連接線4、萬用表四、實驗原理PSD為一具備PIN三層構(gòu)造平板半導體硅片。其斷面構(gòu)造如圖1所示，表面層P為感光面，在其兩邊各有一信號輸入電極，底層公共電極是用與加反偏電壓。當光點入射到PSD表面時，由于橫向電勢存在，產(chǎn)生光生電流，光生電流就流向兩個輸出電極，從而在兩個輸出電極上分別得到光電流和，顯然。而和分流關(guān)系則取決于入射光點到兩個輸出電極間等效電阻。假設(shè)PSD表面分流層阻擋是均勻，則PSD可簡化為圖2所示電位器模型，其中、為入射光點位置到兩個輸出電極間等效電阻，顯然、正比于光點到兩個輸出電極間距離。圖1圖2由于I1/I2=R2/R1=（L-X）/L+X）I0=I1+I2因此可得I1=I0（L-X）/2LI1=I0（L+X）/2LX=（I2-I1/I0）L當入射光恒定期，恒定，則入射光點與PSD中間零位點距離X與成線性關(guān)系，與入射光點強度無關(guān)。通過恰當解決電路，就可以獲得光點位置輸出信號。五、注意事項1、激光器輸出光不得對準人眼，以免導致傷害。2、激光器為靜電敏感元件，因而操作者不要用手直接接觸激光器引腳以及與引腳連接任何測試點和線路，以免損壞激光器。3、不得扳動面板上面元器件，以免導致電路損壞，導致實驗儀不能正常工作。六、實驗環(huán)節(jié)1、將激光器引線紅色接模塊上+5V金色插孔，黑色接GND5金色插孔。PSD后金色插孔“I1”“I2”為PSD電流輸出，相應(yīng)接到金色插孔“T6”“T8”，PSD后金色插孔“C”為PSD供電端，相應(yīng)接到金色插孔“T4”。2、將PSD傳感器實驗單元電路連接起來：“T7”接“T10”“T9”接“T12”“T13”接“T14”“T15”接“T16”，“T17”接“T118”相應(yīng)接到萬用表電壓檔正負極，用來測量輸出電壓。3、打開主機箱電源開關(guān)，打開模塊上電源開關(guān)，實驗?zāi)K開始工作。調(diào)節(jié)測微頭，使激光光點可以在PSD受光面上位置從一端移向另一端，最后將光點定位在PSD受光面上正中間位置（目測），調(diào)節(jié)零點調(diào)節(jié)旋鈕，使電壓表顯示值為0。轉(zhuǎn)動測微頭使光點移動到PSD受光面一端，調(diào)節(jié)輸出幅度調(diào)節(jié)旋鈕，使電壓表顯示值為3V或-3V左右。4、從PSD一端開始旋轉(zhuǎn)測微頭，使光點移動，取△X＝0.5mm，即轉(zhuǎn)動測微頭一轉(zhuǎn)。讀取電壓表顯示值，填入表1，畫出位移-電壓特性曲線。表1PSD傳感器位移值與輸出電壓值位移量（mm）00.511.522.533.5輸出電壓（V）位移量（mm）44.555.566.577.5輸出電壓（V）5、依照表1所列數(shù)據(jù)，計算中心量程2mm、3mm、4mm時非線性誤差。七、設(shè)計性實驗1、PSD供電電路如下圖2、PSD輸出解決電路如下圖,原理：運算放大器U4AU4B完畢PSD兩路電流輸出I/V變換；U5A為加法電路，對兩路輸出進行加法運算，用來驗證PSD兩路輸出之和不隨光電位置變化而變化；U5B為減法電路，實現(xiàn)PSD位移測量；U3A為放大電路，W1用來調(diào)節(jié)放大增益。U3B為調(diào)零電路，通過調(diào)節(jié)W2阻值大小進行電路調(diào)零。八、思考題試分析一下二維PSD工作原理。實驗六、熱釋電報警器設(shè)計實驗一、實驗?zāi)?、理解熱釋電傳感器工作原理及其特性2、理解并掌握熱釋電傳感器信號解決辦法及其應(yīng)用3、理解并掌握超低頻前置放大器設(shè)計二、實驗內(nèi)容1、熱釋電傳感器系統(tǒng)安裝調(diào)試實驗2、熱釋電傳感器信號解決實驗（1）超低頻放大電路實驗（2）窗口比較電路實驗（3）延時開關(guān)量輸出實驗（4）延時時間控制實驗3、設(shè)計性實驗三、實驗儀器1、光電創(chuàng)新實驗儀主機箱2、熱釋電報警器模塊3、連接線4、萬用表四、實驗原理1、熱釋電探測器簡介熱釋電探探器是一種運用某些晶體材料自發(fā)極化強度隨溫度變化所產(chǎn)生熱釋電效應(yīng)制成新型熱探測器。當晶體受輻射照射時，由于溫度變化使自發(fā)極化強度發(fā)生變化，成果在垂直于自發(fā)極化方向晶體兩個外表面之間浮現(xiàn)感應(yīng)電荷，運用感應(yīng)電荷變化可測量光輻射能量。由于熱釋電探測器輸出電信號正比于探測器溫度隨時間變化率，不像其她熱探測器需要有個熱平衡過程，因此其響應(yīng)速度比其他熱探測器快得多，普通熱探測器典型時間常數(shù)值在1～O.01s范疇，而熱釋電探測器有效時間常數(shù)低達10－4～3x10－5s。雖然當前熱釋電探測器在比探測率和響應(yīng)速度方面還不及光子探測器，但由于它尚有光譜響應(yīng)范疇寬，較大頻響帶寬，在室溫下工作無需致冷，可以有大面積均勻光敏面，不需要偏壓，使用以便等長處而得到日益廣泛應(yīng)用。2、熱釋電效應(yīng)某些物質(zhì)(例如硫酸三甘肽、鈮酸鋰、鈮酸鍶鋇等晶體)吸取光輻射后將其轉(zhuǎn)換成熱能，這個熱能使晶體溫度升高，溫度變化又變化了晶體內(nèi)晶格間距，這就引起在居里溫度如下存在自發(fā)極化強度變化，從而在晶體特定方向上引起表面電荷變化，這就是熱釋電效應(yīng)。在32種晶類中，有20種是壓電晶類，它們都是非中心對稱，其中有10種具備自發(fā)極化特性，這些晶類稱為極性晶類。對于極性晶體，雖然外加電場和應(yīng)力為零，晶體內(nèi)正、負電荷中心并不重疊，因而具備一定電矩，也就是說晶體自身具備自發(fā)極化特性，因此單位體積總電矩也許不等于零。這是由于參加晶格熱運動某些離子可同步偏離平衡態(tài)，這時晶體中電場將不等于零，晶體就成了極性晶體。于是在與自發(fā)極化強度垂直兩個晶面上就會浮現(xiàn)大小相等、符號相反面束縛電荷，極性晶體自發(fā)極化普通是觀測不出來，由于在平衡條件下它被通過晶體內(nèi)部和外部傳至晶體表面自由電荷所補償。極化大小及由此而引起補償電荷多少是與溫度關(guān)于。如果強度變化光輻射入射到晶體上，晶體溫度便隨之發(fā)生變化，晶體中離子間距離和鏈角跟著發(fā)生相應(yīng)變化，于是自發(fā)極化強度也隨之發(fā)生變化，最后導致面束縛電荷跟著變化，于是晶體表面上就浮現(xiàn)能測量出電荷。3、熱釋電探測器工作原理當已極化熱電晶體薄片受到輻射熱時候，薄片溫度升高，極化強度下降，表面電荷減少，相稱于”釋放”一某些電荷，故名熱釋電。釋放電荷通過一系列放大，轉(zhuǎn)化成輸出電壓。如果繼續(xù)照射，晶體薄片溫度升高到(居里溫度)值時，自發(fā)極化突然消失。不再釋放電荷，輸出信號為零,見圖1。圖1因而，熱釋電探測器只能探測交流斬波式輻射（紅外光輻射要有變化量）。當面積為A熱釋電晶體受到調(diào)制加熱，而使其溫度T發(fā)生微小變化時，就有熱釋電電流i。A為面積，P為熱電體材料熱釋電系數(shù)，是溫度變化率。五、注意事項1、不得隨意搖動和插拔面板上元器件和芯片，以免損壞，導致實驗儀不能正常工作。2、實驗完畢后有關(guān)器件放回指定存儲位置。3、在使用過程中，浮現(xiàn)任何異常狀況，必要及時關(guān)機斷電以保證安全。4、有關(guān)信號測量可使用萬用表。六、實驗環(huán)節(jié)1、將實驗?zāi)K上金色插孔“D”“S”和“G”相應(yīng)用導線連接（熱釋電傳感器接入電路，D為熱釋電傳感器供電端，S為熱釋電傳感器輸出端，G為熱釋電傳感器地），“O1”為熱釋電傳感器輸出信號測試點，“O2”為超低頻放大電路輸出端，“VH”“VL”分別為窗口比較電路上下限電壓測試點，“O3”為窗口比較電路輸出信號測試點，“O4”為延時電路輸出信號測試點。2、數(shù)字萬用表黑色表筆接地（GND），紅色表筆接熱釋電紅外探頭“O1”端，選取直流電壓2V檔。打開實驗箱電源，觀測萬用表數(shù)值變化，約2分鐘左右，直至數(shù)值趨于穩(wěn)定，實驗儀開始正常工作。3、用手在紅外熱釋電探頭端面晃動時，探頭有薄弱電壓變化信號輸出（可用萬用表測量）。經(jīng)超低頻放大電路放大后，萬用表選取直流電壓20V檔，通過萬用表可檢測到“O2”輸出端輸出電壓變化較大。再經(jīng)電壓比較器構(gòu)成開關(guān)電路和延時電路（延時時間可以通過電位器調(diào)節(jié)），使批示燈點亮。觀測這個現(xiàn)象過程。通過調(diào)節(jié)“敏捷度調(diào)節(jié)”七、設(shè)計性實驗原理圖如下圖：+5V電源通過電阻R5和電容E4后給熱釋電傳感器供電。熱釋電傳感器輸出信號O1通過U1A、U1B構(gòu)成超低頻放大電路后由U1B7腳輸出O2（超低頻放大后信號），RP2用來調(diào)節(jié)敏捷度。O2輸出到U1C、U1D構(gòu)成窗口比較電路，與上下限電壓VH、VL進行比較，輸出高低電平。當O2信號電壓值在窗口比較電路上下限電壓之間時，輸出電平無變化，O3輸出低電平，當O2信號電壓值在窗口比較電路上下限電壓之外時，O3輸出高電平，這個電平跳變輸入到有U2構(gòu)成延時電路，延時電路輸出O4由低電平跳變?yōu)楦唠娖讲⒊掷m(xù)一段時間，持續(xù)時間長短可以通過調(diào)節(jié)RP2來變化。持續(xù)時間過后，O4輸出低電平。O4輸出驅(qū)動背面LED驅(qū)動電路使LED發(fā)光。O4為高電平時，LED發(fā)光，反之LED不發(fā)光。八、思考題1、在普通狀況下，熱釋電紅外傳感器都會配合菲涅爾透鏡使用，請想一下菲涅爾透鏡作用是什么？2、簡述熱釋電紅外探測器使用場合。實驗七、光電轉(zhuǎn)速計設(shè)計實驗一、實驗?zāi)?、理解光開關(guān)對射式工作原理及其特性2、理解并掌握使用光開關(guān)測量轉(zhuǎn)速原理及辦法二、實驗內(nèi)容1、對射式光開關(guān)實驗2、對射式光開關(guān)轉(zhuǎn)速測量實驗3、設(shè)計性實驗三、實驗儀器1、光電創(chuàng)新實驗儀主機箱2、光電轉(zhuǎn)速里程測量模塊3、連接線4、示波器四、實驗原理1、光電耦合器件含義和特點1.1光電耦合器件含義在工業(yè)檢測、電信號傳送解決和計算機系統(tǒng)中，慣用繼電器、脈沖變壓器和復(fù)雜電路來實現(xiàn)輸入、輸出端裝置與主機之間隔離、開關(guān)、匹配和抗干擾等功能。而繼電器動作慢、有觸點工作不可靠；變壓器體積大，頻帶窄，因此它們都不是抱負部件。隨著光電技術(shù)發(fā)展，70年代后來浮現(xiàn)了一種新功能器件——光電耦合器件。它是將發(fā)光器件(LED)和光敏器件(光敏二、三極管等)密封裝在一起形成一種電—光—電器件，如下圖所示。把發(fā)光器件與光敏器件封裝在一起構(gòu)成光電耦臺器件這種器件在信息傳播過程中是用光作為媒介把輸入邊和輸出邊電信號耦合在一起，在它線性工作范疇內(nèi)，這種耦合具備線性變化關(guān)系。由于輸入邊和輸出邊僅用光來耦合，在電性能上完全是隔離。因而，光電耦臺器件電隔離性能、線性傳播性能等許多特性，都是從“光耦合”這一基本特點中引伸出來。故有人把光電耦合器件也稱為光電隔離器或光電耦合器。這些名稱共同點都是為了突出“光耦合”這一基本特匪，這也是它區(qū)別于其他器件主線特性。由于這種器件是一種運用光耦合做成電信號傳榆器件．因此普通稱為光電耦合器件。1.2光電耦合器件特點具備電隔離功能。它輸入、輸出信號間完全沒育電路聯(lián)系，因此輸入和輸出回路電平零位可以任意選取。絕緣電阻高達1010～1012歐姆，擊穿電壓高到100一25kv，耦合電容小到零點幾種皮法。信號傳榆是單向性，無論脈沖、直流都可以使用。合用于模仿信號和數(shù)字信號。具備抗干擾和噪聲能力。它作為繼電器和變壓器使用時，可以使線路板上看不列磁性元件。它不受外界電磁干擾、電源干擾和雜光影響。響應(yīng)速度快。普通可達微秒數(shù)量級，甚至納秒數(shù)量級，它可傳播信號頻率在直流和10MHz之間。使用以便，具備普通固體器件可靠性，體積小，重量輕，抗震，密封防水，性能穩(wěn)定，耗電省，成本低。工作溫度范疇在－55℃～+100℃之間。由于光電耦合器件性能上長處，使它發(fā)展非常迅速；當前，光電耦臺器件在品種上有8類500各種。它已在自動控制、遙控遙測、航空技術(shù)，電子計算機和其他光電、電子技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。1.3光電耦合器件重要長處之一就是能強有力地抑制尖脈沖及各種噪音等干擾傳播信懇中大大提高了信噪比。光電耦合器件之因此具備很高抗干擾能力，重要有下面幾種因素。①光電耦臺器件輸入阻抗很低，普通為10～1k歐姆；而干擾源內(nèi)阻普通都根大，普通為1K~1M歐姆。按普通分壓比原理來計算，可以饋送到光電耦合器件輸入端干擾噪聲就變得很小了。②由于普通干擾噪聲源內(nèi)阻都很大，雖然也能供應(yīng)較大干擾電壓．伹可供出能量卻很小，只能形成很薄弱電流。而光電耦合器件輸入端發(fā)光二極管只有在通過一定電流時才干發(fā)光。因而，雖然是電壓幅值很高干擾，由于沒有足夠能量，不能使發(fā)光二極管發(fā)光，從而被它抑制掉了。③光電耦合器件輸入～輸出邊是用光耦合，且這種耦合又是在一種密封管殼內(nèi)進行，因而不會受到外界光干擾。④光電耦合器件愉入～輸出間寄生電容很小(普通為0.6—2pF，絕緣電阻又非常大(普通為1011～1013歐姆)，因而輸出系統(tǒng)內(nèi)各種干擾噪音很難通過光電耦合器件反饋到輸入系統(tǒng)中去。2、光電耦合開關(guān)光電耦合開關(guān)又分為對射式和反射式兩種，對射式光電耦合開關(guān)紅外發(fā)射直接照射光敏器件，反射式光電耦合開關(guān)紅外發(fā)射需要通過開關(guān)前物體擋住從而使紅外光反射到光敏器件上。本實驗使用對射式光電開關(guān)測量電動機轉(zhuǎn)動速度。五、注意事項1、不得隨意搖動和插拔面板上元器件和芯片，以免損壞，導致實驗儀不能正常工作。2、在使用過程中，浮現(xiàn)任何異常狀況，必要及時關(guān)機斷電以保證安全。六、實驗環(huán)節(jié)1、電機驅(qū)動電路輸出“M+”“M-”用連線相應(yīng)接到電動機“M+”“M-”，對射式光電開關(guān)“L+”“L-”“P+”“P-”用連線相應(yīng)接到電路上“L+”L-”“P+”“P-”。2、示波器探頭測量電路輸出“F”“GND”。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)旋鈕“W1”左旋究竟，此時電動機不轉(zhuǎn)動。3、打開電源開關(guān)，調(diào)節(jié)紅外發(fā)射管限流電阻“W2”和光敏器件負載電阻“W3”，用手轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤，直至光電開關(guān)發(fā)射和接受透過轉(zhuǎn)盤時圓孔和被遮住時示波器上顯示高低電平跳變，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)旋鈕“W1”直至電機轉(zhuǎn)動，觀測示波器輸出波形，記錄頻率。4、計算電機轉(zhuǎn)速。注意轉(zhuǎn)盤上有6個圓孔，轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)動一周產(chǎn)生6個輸出脈沖。5、實驗完畢，關(guān)閉電源，拆除連線。七、設(shè)計性實驗1、下圖為電機調(diào)速電路原理圖：直流電動機轉(zhuǎn)速與家在電動機兩端電壓成正比，電壓越高，轉(zhuǎn)速越快。該電路采用電壓反饋方式控制電動機轉(zhuǎn)速，NE555為比較器工作方式，3腳輸出電壓占空比受2腳電壓控制，調(diào)節(jié)W1可以設(shè)定電動機轉(zhuǎn)速。當電動機兩端電壓增大時，其轉(zhuǎn)速超過設(shè)定轉(zhuǎn)速，此時R1上電壓降增大，該壓降饋送到NE5552腳，則3腳輸出脈沖電壓占空比減小，即脈沖高電平時間變短，Q1導通時間縮短，加到電動機兩端電壓減少，電動機轉(zhuǎn)速下降，從而保持電動機轉(zhuǎn)速為恒定值。2、光電開關(guān)電路：R7為紅外發(fā)射管限流電阻，調(diào)節(jié)W2可以調(diào)節(jié)發(fā)光強弱。R9和W3為光敏器件負載電阻，調(diào)節(jié)W2可以調(diào)節(jié)探測敏捷度。LED用來批示開關(guān)狀態(tài)。八、思考題1、思考一下，在構(gòu)成光開關(guān)光發(fā)射管和光接受管有哪些規(guī)定？實驗八、光電測距設(shè)計實驗一、實驗?zāi)?、理解光電測距傳感器構(gòu)成及工作原理2、理解光電測距傳感器基本特性2、掌握光電測距傳感器應(yīng)用二、實驗內(nèi)容1、光電測距傳感器組裝實驗2、光電傳感器特性測量實驗3、光電傳感器應(yīng)用實驗4、光電傳感器設(shè)計性實驗三、實驗儀器1、光電創(chuàng)新實驗平臺主機箱2、光電測距系統(tǒng)設(shè)計模塊3、導軌及底座4、光電測距傳感器及其組件5、白屏6、萬用表7、鏈接線四、實驗原理本實驗采用光電測距傳感器是采用三角測量原理。紅外發(fā)射器按照一定角度發(fā)射紅外光束，當遇到物體后來，光束會反射回來，如圖10.1所示。反射回來紅外光線被CCD檢測器檢測到后來，會獲得一種偏移值L，運用三角關(guān)系，在懂得了發(fā)射角度a，偏移距L，中心矩X，以及濾鏡焦距f后來，傳感器到物體距離D就可以通過幾何關(guān)系計算出來了。可以看到，當D距離足夠近時候，L值會相稱大，超過CCD探測范疇，這時，雖然物體很近，但是傳感器反而看不到了。當物體距離D很大時，L值就會很小。這時CCD檢測器能否辨別得出這個很小L值成為核心，也就是說CCD辨別率決定能不能獲得足夠精準L值。要檢測越是遠物體，CCD辨別率規(guī)定就越高。本實驗采用光電測距傳感器輸出是非線性。每個型號輸出曲線都不同。因此，在實際使用前，最佳能對所使用傳感器進行一下校正。對每個型號傳感器創(chuàng)立一張曲線圖，以便在實際使用中獲得真實有效測量數(shù)據(jù)。下圖10.2是sharpGP2YOA21輸出曲線圖。圖10.2傳感器輸出曲線圖五、注意事項1、當萬用表用作電流測試時應(yīng)先用大量程，然后逐級調(diào)小到適當量程，以免燒壞電流檔；2、連線之前保證電源關(guān)閉；3、實驗過程中，請勿遮擋光電測距傳感器與白屏之間光路，以保證光能正常反回。六、實驗內(nèi)容及環(huán)節(jié)光電測距系統(tǒng)設(shè)計模塊是光電創(chuàng)新平臺當中一種模塊，詳細實驗內(nèi)容及環(huán)節(jié)如下：光電測距傳感器組裝實驗光電測距實驗由主機箱、光電測距模塊、導軌與滑塊組件、光電測距傳感器以及白屏五大某些構(gòu)成，一方面結(jié)識這些部件，然后學會如何組裝。光電傳感器特性測量實驗在完畢第1步實驗內(nèi)容后，咱們開始進行光電傳感器特性測量實驗，一方面打開主機箱電源開關(guān)，然后按下電源顯示某些按鍵開關(guān)，查看電源批示燈與否點亮。，若沒點亮，請檢查電源線路與否正常；若點亮，用萬用表測量傳感器輸出信號Vout，并逐漸變化白屏與光電測距傳感器距離，將所測得數(shù)據(jù)記錄在下表中：距離（cm）261020304050607080輸出（V）光電測距傳感器應(yīng)用實驗光電測距傳感器可以用作超過距離限制報警。在本實驗中，有兩路比較器電路，閾值測試點分別為J4和J5。通過實驗2測試，咱們可以懂得光電測距傳感器在各個位置輸出大小，例如說20cm處傳感器輸出為1.3V,40cm處傳感器輸出為0.75V,咱們可以通過調(diào)節(jié)W1、W2來變化比較器電壓閾值使J4輸出為1.3V、J5輸出為0.75V，變化白屏與光電測距傳感器距離，觀測D1與D4發(fā)光變化。變化閾值，重復(fù)上述環(huán)節(jié)，觀測D1與D4變化，總結(jié)傳感器與比較器應(yīng)用特性。七、設(shè)計性實驗依照傳感器特性，自行搭建應(yīng)用電路，實現(xiàn)超限報警功能。如下圖所示，光電測距傳感器信號通過電壓跟隨器輸出，將這個信號作為兩路比較器輸入，通過設(shè)定比較器參照電壓來變化比較器輸出成果。八、思考題1、本實驗中光電測距傳感器測距原理是什么？2、本實驗中光電測距傳感器抱負工作區(qū)間是什么？實驗九、太陽能充電器設(shè)計實驗一、實驗?zāi)?、理解和掌握太陽能電池充電原理2、理解和掌握DC/DC變換原理二、實驗內(nèi)容1、普通電源給鋰電池充電2、用太陽能電池給鋰電池充電實驗3、DC/DC升壓原理實驗4、設(shè)計性實驗三、實驗儀器1、光電創(chuàng)新實驗儀主機箱2、太陽能電池充電模塊3、連接線4、萬用表四、實驗原理1、太陽能電池（SolarCells），也稱為光伏電池，是將陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能器件。由這種器件封裝成太陽能電池組件，再按需要將一塊以上組件組合成一定功率太陽能電池方陣，經(jīng)與儲能裝置、測量控制裝置及直流-交流變換裝置等相配套，即構(gòu)成太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，也稱為之光伏發(fā)電系統(tǒng)。太陽能電池具備不消耗常規(guī)能源、無轉(zhuǎn)動部件、壽命長、維護簡樸、使用以便、功率大小可任意組合、無噪音、無污染等長處。通過人們40近年努力，太陽能電池研究、開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化已獲得巨大進步。當前，太陽能電池已成為空間衛(wèi)星基本電源和地面無電、少電地區(qū)及某些特殊領(lǐng)域（通信設(shè)備、氣象臺站、航標燈等）重要電源。本該實驗作為一種綜合設(shè)計性實驗，聯(lián)系科技開發(fā)實際，有一定新穎性和實用價值，能激發(fā)學生學習興趣。本實驗原理核心是太陽能充電控制芯片CN3083，該芯片基本電路原理圖：CN3083是可以用太陽能板供電單節(jié)鋰電池充電管理芯片。該器件內(nèi)部涉及功率晶體管，應(yīng)用時不需要外部電流檢測電阻和阻流二極管。內(nèi)部8位模仿-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，可以依照輸入電壓源電流輸出能力自動調(diào)節(jié)充電電流，顧客不需要考慮最壞狀況，可最大限度地運用輸入電壓源電流輸出能力，非常適合運用太陽能板等電流輸出能力有限電壓源供電鋰電池充電應(yīng)用。CN3083只需要很少外圍元器件，并且符合USB總線技術(shù)規(guī)范，非常適合于便攜式應(yīng)用領(lǐng)域。熱調(diào)制電路可以在器件功耗比較大或者環(huán)境溫度比較高時候?qū)⑿酒瑴囟瓤刂圃诎踩懂爟?nèi)。內(nèi)部固定恒壓充電電壓為4.2V，也可以通過一種外部電阻調(diào)節(jié)。充電電流通過一種外部電阻設(shè)立。當輸入電壓掉電時，CN3083自動進入低功耗睡眠模式，此時電池電流消耗不大于3微安。其他功能涉及輸入電壓過低鎖存，自動再充電，電池溫度監(jiān)控以及充電狀態(tài)/充電結(jié)束狀態(tài)批示等功能。充電狀態(tài)和充電結(jié)束狀態(tài)雙批示輸出，電源電壓掉電時自動進入低功耗睡眠模式，采用恒流/恒壓/恒溫模式充電，既可以使充電電流最大化，又可以防止芯片過熱，電池溫度監(jiān)測功能，自動再充電，充電結(jié)束檢測。2、DC/DC變換就是將一種量級直流電壓轉(zhuǎn)換為另一種量級直流電壓：涉及升壓、降壓和電壓極性變換等。本實驗DC/DC變換核心器件為MC34063。該器件自身包括了DC／DC變換器所需要重要功能。它由具備溫度自動補償功能基準電壓發(fā)生器、比較器、占空比可控振蕩器，R—S觸發(fā)器和大電流輸出開關(guān)電路等構(gòu)成。該器件可用于升壓變換器、降壓變換器、反向器控制核心，由它構(gòu)成DC／DC變換器僅用少量外部元器件。重要應(yīng)用于以微解決器(MPU)或單片機(MCU)為基本系統(tǒng)里。MC34063集成電路重要特性：輸入電壓范疇：2、5～40V輸出電壓可調(diào)范疇：1．25～40V輸出電流可達：1．5A工作頻率：最高可達100kHz低靜態(tài)電流短路電流限制可實現(xiàn)升壓或降壓電源變換器MC34063基本構(gòu)造及引腳圖功能(右圖）1腳：開關(guān)管T1集電極引出端；2腳：開關(guān)管T1發(fā)射極引出端；3腳：定期電容ct接線端；調(diào)節(jié)ct可使工作頻率在100—100kHz范疇內(nèi)變化；4腳：電源地；5腳：電壓比較器反相輸入端，同步也是輸出電壓取樣端；使用時應(yīng)外接兩個精度不低于1％精密電阻；6腳：電源端；7腳：負載峰值電流（Ipk）取樣端；6，7腳之間電壓超過300mV時，芯片將啟動內(nèi)部過流保護功能；8腳：驅(qū)動管T2集電極引出端。本實驗完畢由MC34063構(gòu)成升壓電路，工作原理如下。工作過程：MC34063構(gòu)成降壓電路原理如上圖,當芯片內(nèi)開關(guān)管(T1)導通時，電源經(jīng)取樣電阻Rsc、電感L1、MC340631腳和2腳接地，此時電感L1開始存儲能量，而由C0對負載提供能量。當T1斷開時，電源和電感同步給負載和電容Co提供能量。電感在釋放能量期間，由于其兩端電動勢極性與電源極性相似，相稱于兩個電源串聯(lián)，因而負載上得到電壓高于電源電壓。開關(guān)管導通與關(guān)斷頻率稱為芯片工作頻率。只要此頻率相對負載時間常數(shù)足夠高，負載上便可獲得持續(xù)直流電壓。五、注意事項1、不得扳動面板上面元器件，以免導致電路損壞，導致實驗儀不能正常工作。2、不要讓鋰電池短路，防止發(fā)生意外。六、實驗環(huán)節(jié)1、鋰電池正極接金色插座“J5”負極接“J6”，金色插座“J4”和“J5”用導線端接或串接電流表（用來測量充電電流），從其他模塊引入+5V接入實驗?zāi)K“J1”（正）和“J3”（負），觀測充電電流和充電批示燈批示狀況。2、鋰電池正極接金色插座“J5”負極接“J6”，金色插座“J4”和“J5”用導線端接或串接電流表（用來測量充電電流），太陽能電池，接入實驗?zāi)K“J1”（正）和“J3”（負），觀測充電電流和充電批示燈批示狀況。太陽照射太陽能電池或用隨機配備50W射燈照射太陽能電池，觀測充電電流和充電批示燈批示狀況。3、充電模塊金色插孔“OUT+”和“OUT-”接入DC-DC變換模塊金色插孔“DCIN+”和“DCIN-”，用萬用表測量DC-DC變換模塊輸出電壓，對比輸入輸出電壓。七、設(shè)計性實驗1、太陽能電池充電器原理圖如下：CON1為外接+5V輸入端，J2為太陽能電池正輸入端，J3、J8為接地端，J4J5間串聯(lián)電流表用來測量充電電流，J6J6間接鋰電池，J7J8為輸出端，可覺得其他用電設(shè)備供電。2、DC-DC變換原理圖如下，同窗們也可以自己查找MC34063資料進行學習，自行設(shè)計降壓和反向轉(zhuǎn)換電路并實現(xiàn)。八、思考題自行設(shè)計MC34063降壓電路。實驗十、顏色辨認系統(tǒng)設(shè)計實驗一、實驗?zāi)?、理解顏色傳感器構(gòu)成及工作原理2、理解顏色傳感器基本特性3、掌握顏色傳感器應(yīng)用二、實驗內(nèi)容1、顏色傳感器短路電流測試實驗2、顏色傳感器開路電壓測試實驗3、顏色傳感器顏色辨認實驗4、設(shè)計實驗：顏色傳感器顏色辨認設(shè)計實驗三、實驗儀器1、光電創(chuàng)新實驗平臺主機箱2、顏色辨認系統(tǒng)設(shè)計模塊3、萬用表4、連接線四、實驗原理1、顏色傳感器基本構(gòu)造顏色傳感器是由三個Si-PIN光電管以及在片濾波器集成在一起，每個光電管都各自有三種顏色之一濾波器。它具備小尺寸設(shè)計，高質(zhì)量濾波器和三種顏色同步記錄特點。三個不同區(qū)域顏色辨認響應(yīng)，類似于人眼。每個光電管對相應(yīng)光譜濾波器顏色光最敏感，重要是紅色，綠色，藍色，合用于彩色擴影、彩色印刷、色彩鑒別電路。當前半導體光電探測器在數(shù)碼攝像﹑光通信﹑太陽電池等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，顏色傳感器是半導體光電探測器一種基本單元，深刻理解顏色傳感器工作原理和詳細使用特性可以進一步領(lǐng)略半導體PN結(jié)原理和光電效應(yīng)理論。零偏反偏正偏圖13.1半導體PN結(jié)在零偏﹑反偏﹑正偏下耗盡區(qū)圖13.1是半導體PN結(jié)在零偏﹑零偏反偏正偏圖13.1半導體PN結(jié)在零偏﹑反偏﹑正偏下耗盡區(qū)2、顏色傳感器工作原理顏色傳感器是由三個Si-PIN光電管以及在片濾波器集成在一起，除了響應(yīng)波段與光電二極管不同外，電氣性能是一致，因而，理解了每個光電管響應(yīng)波段后，咱們就可以把顏色傳感器當做光電二極管來研究。下面來簡介一下光電二極管工作原理：光電管(PD)把光信號轉(zhuǎn)換為電信號功能，是由半導體PN結(jié)光電效應(yīng)實現(xiàn)。在耗盡層兩側(cè)是沒有電場中性區(qū)，由于熱運動，某些光生電子和空穴通過擴散運動也許進入耗盡層，然后在電場作用下，形成和漂移電流相似方向擴散電流。漂移電流分量和擴散電流分量總和即為光生電流。當與P層和N層連接電路開路時，便在兩端產(chǎn)生電動勢，這種效應(yīng)稱為光電效應(yīng)。當連接電路閉合時，N區(qū)過剩電子通過外部電路流向P區(qū)。同樣，P區(qū)空穴流向N區(qū)，便形成了光生電流。當入射光變化時，光生電流隨之作線性變化，從而把光信號轉(zhuǎn)換成電信號。這種由PN構(gòu)導致，在入射光作用下，由于受激吸取過程產(chǎn)生電子-空穴對運動，在閉合電路中形成光生電流器件，就是簡樸光電二極管。如圖13.2(a)所示，光電二極管普通要施加恰當反向偏壓，目是增長耗盡層寬度，縮小耗盡層兩側(cè)中性區(qū)寬度，從而減小光生電流中擴散分量。由于載流子擴散運動比漂移運動慢得多，因此減小擴散分量比例便可明顯提高響應(yīng)速度。但是提高反向偏壓，加寬耗盡層，又會增長載流子漂移渡越時間，使響應(yīng)速度減慢。3、顏色傳感器基本特性(1)短路電流圖13.3顏色傳感器短路電流測試如圖13.3所示，不同光照作用下，毫安表如顯示不同電流值。即為顏色傳感器短路電流特性。(2)開路電壓圖13.4顏色傳感器開路電壓測試如圖13.4所示，不同光照作用下，電壓表如顯示不同電壓值。即為顏色傳感器開路電壓特性。(3)光譜特性普通光電探測器光譜響應(yīng)特性表達在入射光能量保持一定條件下，探測器所產(chǎn)生短路電流與入射光波長之間關(guān)系。普通用相對響應(yīng)度表達，本實驗中顏色傳感器光譜響應(yīng)曲線如下圖13.5所示：圖13.5顏色傳感器光譜曲線五、注意事項1、當萬用表用作電流測試時應(yīng)先用大量程，然后逐級調(diào)小到適當量程，以免燒壞電流檔；2、連線之前保證電源關(guān)閉；3、實驗過程中，請勿同步撥開兩種或兩種以上光源開關(guān)，這樣會導致實驗所測試數(shù)據(jù)不精確。六、實驗內(nèi)容及環(huán)節(jié)1、顏色傳感器短路電流特性測試顏色傳感器后端蓋如圖13.6所示：圖13.6顏色傳感器光源及探測器后端蓋示意圖（1）組裝好光通路組件，將光源某些與顏色辨認系統(tǒng)設(shè)計模塊連接起來，即黑色插座與J1相連，紅綠藍與J2、J3、J4任意連接；（2）將光源與探測器都置于導軌上，發(fā)光方向要正對探測器方向；（3）打開電源，觀測光源與否點亮；（4）滑動雙刀雙擲開關(guān)S3,觀測光源發(fā)光變化；（5）將光源與探測器距離由10cm開始逐漸調(diào)近，每隔2cm用萬用表測量一次顏色傳感器各個某些（即紅黑、藍黑和綠黑）電流值，并記錄下來，填入下表，然后通過S3切換到不同光源，重復(fù)上述測量并記錄數(shù)值，關(guān)閉電源。紅光距離（cm）108642光生電流（uA）綠光距離（cm）108642光生電流（uA）藍光距離（cm）108642光生電流（uA）（6）上表中所測得電流值即為顏色傳感器不同光照度下短路電流。（7）實驗完畢，關(guān)閉電源，拆除所有連線。2、顏色傳感器開路電壓特性測試（1）組裝好光通路組件，將光源某些按照實驗1中連接好；（2）將實驗1中測電流改為測電壓，其他環(huán)節(jié)不變，將數(shù)據(jù)記錄在下表中；紅光距離（cm）108642開路電壓（mV）綠光距離（cm）108642開路電壓（mV）藍光距離（cm）108642開路電壓（mV）（3）上表中所測得電壓值即為顏色傳感器不同光照度下開路電壓。（4）實驗完畢，關(guān)閉電源，拆除所有連線。3、顏色傳感器顏色辨認實驗依照實驗1和2所測數(shù)據(jù)，對顏色傳感器已有了一定理解，下面進行顏色辨認實驗：（1）連接好光路組件，光源和探測器盡量接近，光源某些按照實驗1中連接，探測器某些紅色插座連J5,綠色插座連J6，藍色插座連J7，黑色插座連J8;（2）打開電源，打開紅色光源，測量J9、J10測試點電壓值，調(diào)節(jié)電位器W1，使閾值電壓不不大于J10并且不大于J9處電壓值;（3）關(guān)閉電源，用跌插頭對連接J9與J9’、J10與J10’、J11與J11’;（4）打開電源，切換不同顏色光源，觀測D5、D6、D7變化。（5）關(guān)閉電源，拆除所有連線。七、設(shè)計性實驗依照傳感器特性，自行搭建應(yīng)用電路，實現(xiàn)顏色辨認功能。參照電路：光源某些如下圖所示，J2/J3/J4與J1連接不同發(fā)光二極管，通過S3來切換點亮不同光源。探測器某些電路如下圖所示：八、思考題顏色傳感器與光電二極管異同之處是什么？實驗十一、光電開關(guān)里程表設(shè)計實驗一、實驗?zāi)?、理解光開關(guān)反