1、東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)課程光電檢測(cè)技術(shù)題目光電報(bào)警器電路設(shè)計(jì)院系電子科學(xué)學(xué)院專業(yè)班級(jí)應(yīng)用物理07-2班學(xué)生姓名XXX學(xué)生學(xué)號(hào)XXX指導(dǎo)教師2007年3月11日2011年3月10日東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程光電檢測(cè)技術(shù)題目光電報(bào)警器電路設(shè)計(jì)專業(yè)應(yīng)用物理07-2姓名xxx學(xué)號(hào)xxx主要內(nèi)容：通過(guò)報(bào)警器和光耦結(jié)合的小小的結(jié)合來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)光電報(bào)警器，并分析該報(bào)警器各個(gè)模塊的構(gòu)成和工作原理?；疽螅?、設(shè)計(jì)光電報(bào)警器電路功能框圖。2、設(shè)計(jì)光嗲報(bào)警器的光電轉(zhuǎn)換電路、報(bào)警控制電路、譯碼輸出以及顯示。3、調(diào)試安裝。4、完成課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。主要參考資料：1、閻石。數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)。高等教育出版社。1997。

2、2、龐振泰、王采斐、屈宗明（譯）.光電接口器件手冊(cè).清華大學(xué)出版社.1998完成期限2011年3月10日指導(dǎo)教師專業(yè)負(fù)責(zé)人2011年3月10日 目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 第1章概述2 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 課題作用、實(shí)用價(jià)值2 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 光電報(bào)警器的發(fā)展前景2 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 第2章基本原理與總體設(shè)計(jì)4 HY

3、PERLINK l bookmark14 o Current Document 光電報(bào)警器的總體設(shè)計(jì)4 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 光電報(bào)警器原理介紹4 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 第3章光電報(bào)警器電路設(shè)計(jì)6 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 光電轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)6 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 報(bào)警模塊設(shè)計(jì)7 HYPERLINK l bookmark24 o Current Docu

4、ment 數(shù)字顯示模塊設(shè)計(jì)9 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 蜂鳴器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)10 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 第4章電路的安裝調(diào)試11 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 元器件的焊接11 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 電路的調(diào)試11 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 第5章總結(jié)12 HYPERLINK l bookmark36 o C

5、urrent Document 參考文獻(xiàn)13第1章概述隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，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(wú)一例外地使用了報(bào)警器電路。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。光電報(bào)警就很好的改善了這點(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

6、的應(yīng)用。課題作用、實(shí)用價(jià)值本次設(shè)計(jì)的光電報(bào)警器是報(bào)警器和光耦結(jié)合的小小的結(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(wú)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?jiàn)光電報(bào)警器的運(yùn)用能延伸到各個(gè)行業(yè)。光電報(bào)警器的發(fā)展前景光電技術(shù)光電科技是一門結(jié)合光學(xué)、電子與電機(jī)之尖端技術(shù)，早期由于技術(shù)門檻高，偏重國(guó)防與航天領(lǐng)域之發(fā)展，并以雷射相關(guān)應(yīng)用為主。近十余年來(lái)，光電相關(guān)技術(shù)突飛猛進(jìn)，產(chǎn)品種類也不斷推陳出新，其應(yīng)用更是無(wú)遠(yuǎn)弗屆，層面擴(kuò)及通訊、信息、生化、醫(yī)療、工業(yè)、能源、民生等領(lǐng)域。展望光電報(bào)警器的

7、未來(lái)在輕量化、便攜性、低耗能、高效益、整合強(qiáng)的特性下，將更深入各產(chǎn)業(yè)應(yīng)用范圍中。光電產(chǎn)品因應(yīng)用廣泛已成為眾所矚目之焦點(diǎn)，近來(lái)無(wú)論在通訊網(wǎng)路、多媒體信息化社會(huì)等炙手可熱的應(yīng)用領(lǐng)域上，光電產(chǎn)品都扮演著重要的角色，因此許多專業(yè)人士都預(yù)見(jiàn)到二十一世紀(jì)將是屬于光的世紀(jì)。為此，無(wú)論日、美、歐等先進(jìn)國(guó)家，或亞太新興國(guó)家皆一致看好對(duì)光電產(chǎn)業(yè)之潛力，對(duì)光電市場(chǎng)未來(lái)成長(zhǎng)潛力皆寄予厚望，并積極投入光電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。光電報(bào)警器正是眾多光電產(chǎn)品中的佼佼者，以其簡(jiǎn)單、方便、靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)讓更多的群眾受益。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，光電報(bào)警器價(jià)逐步升級(jí)，升級(jí)后可使更多的人們受益。第2章基本原理與總體設(shè)計(jì)光電報(bào)警器的總體設(shè)計(jì)本電路由

8、3部分組成（見(jiàn)框圖2.1）：電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)，數(shù)字顯示系統(tǒng)，555報(bào)警系統(tǒng)。通過(guò)光照光敏3級(jí)管輸出高低電平來(lái)控制74LS247顯示數(shù)字是哪路被擋，同時(shí)由555報(bào)警器發(fā)出間歇式的報(bào)警聲。芯片74LS247是驅(qū)動(dòng)共陰數(shù)碼管的譯碼器，所以在共陽(yáng)數(shù)碼管之前要加幾個(gè)330歐的電阻，來(lái)避免對(duì)元器件的損壞。圖2.1光電報(bào)警器框圖光電報(bào)警器原理介紹電路的工作原理（原理圖見(jiàn)圖2.2），電路中的左側(cè)為第一路，右側(cè)電路為第二路電路，當(dāng)兩路電路都沒(méi)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(guò)74LS32或門以后的總的電壓為低，低電壓與555的管腳4相連，RS使得555輸出一直為低，不能驅(qū)動(dòng)

9、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(guò)共陽(yáng)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(kāi)，兩個(gè)光耦上端的點(diǎn)平有一個(gè)為高，另一個(gè)為低，然后經(jīng)過(guò)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(guò)共陽(yáng)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)，即光耦上端兩端電壓都為高，然后經(jīng)過(guò)74LS32或門以后的總的

10、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(guò)共陽(yáng)數(shù)碼管顯示為3。6.Hw?3HITDIXTinfCHCl購(gòu)FIMSSiCN74LS3ZNftBL-nXr-KBIE77FR.Ha*圖2.2工作原理圖第3章光電報(bào)警器電路設(shè)計(jì)光電轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)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)510Q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10mA30mA范圍內(nèi)，根據(jù)歐姆定律，

11、由I=U/R,U=5V,10mAI30mA，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)240U的電阻以防止被擊穿。光電轉(zhuǎn)換電路圖見(jiàn)圖3.1.1.Ri510QR2510QR324kQR424kQLED圖3.1.1光電轉(zhuǎn)換圖光敏3級(jí)管受到光照時(shí)C,E級(jí)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，實(shí)際上這部分是實(shí)現(xiàn)了把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的功能。另外電路中還用到了一個(gè)或門74LS32管腳圖真值表見(jiàn)圖3.1.2和3.1.3。inputsoutputabhxhxhhlll圖3.1.274LS32的管腳圖圖3.1.374LS32的真值表報(bào)警模塊設(shè)計(jì)

12、考慮到間歇性聲光報(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心芯片管腳圖見(jiàn)圖3.2.1）：vccdisch圖3.2.1555芯片管腳圖通過(guò)555定時(shí)器構(gòu)成自激多諧振蕩器產(chǎn)生的矩形脈沖來(lái)控制喇叭的間歇式的叫聲。對(duì)于多諧振蕩器可根據(jù)T=0.7*(R+2R)*Cl來(lái)確定間歇時(shí)間，導(dǎo)通時(shí)間為1213T=0.7*(R+R)*C1,充電時(shí)間T=T-T由電路圖(3.2.2)可以算出導(dǎo)通時(shí)間ll2l32l為：T=0.7*(510K+2*20K)*330uF=1.235KHZ6RESETVCCDISCHTRIGTHOLDOUTCVOLT75LED揚(yáng)聲器GNDCl圖3.2.2報(bào)警器電路

13、圖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Cl的同相輸入端的電壓為2VCC/3，C2的反相輸入端的電壓為VCC/3。若觸發(fā)輸入端TR的電壓小于VCC/3，則比較器C2的輸出為0,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C1的輸出為0,C2的輸出為1,可將RS觸發(fā)器置0，使輸出為0電平。數(shù)字顯示模塊設(shè)計(jì)顯示電路選擇74LS247和共陰7段LEDS譯碼管。連接圖見(jiàn)圖3.3.1圖3.3.174LS247與共陰數(shù)碼管的鏈接圖74

14、LS247引腳功能表（圖3.3.2）七段譯碼驅(qū)動(dòng)器功能表輸入輸出顯示LTRBIBIAAAAabcdefg32100X1XXXX00000008XX0XXXX1111111全滅10000001111111滅01110000000000101x10001100111111x10010001001021x10011000011031x10100100110041x10101010010051x10110010000061x10111000111171x11000000000081x1100100001009圖3.3.274LS48引腳功能譯碼顯示電路如下：實(shí)現(xiàn)1端和7端為低電平時(shí)，數(shù)碼管顯示0；1為

15、高電平7為低電平時(shí)，數(shù)碼管顯示1；1為低電平7為高電平時(shí)，數(shù)碼管顯示2；1為高電平7同時(shí)為高電平時(shí)，數(shù)碼管顯示3。74LS247是一款低電平驅(qū)動(dòng)的數(shù)字譯碼芯片，輸出有效點(diǎn)位為低電平，可以配上共陽(yáng)的數(shù)碼管，我們也可以選著74LS48高電平驅(qū)動(dòng)的和共陰數(shù)碼管，更具自己的喜好選著不同芯片，本為采用的是74LS247。芯片74LS247動(dòng)共陰數(shù)碼管的譯碼器，所以在共陽(yáng)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，倘若數(shù)碼管顯示的過(guò)與亮了就要增大電阻的阻值蜂鳴器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壓電式蜂鳴器壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接

16、通電源后（1.515V直流工作電壓），多諧振蕩器起振，輸出1.02.5kHZ的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。第4章電路的安裝調(diào)試元器件的焊接對(duì)元件進(jìn)行組裝焊接，對(duì)實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行準(zhǔn)備。電路的調(diào)試接好電路，接通電源，看到的是數(shù)碼管顯示0，表示正常。接著拿小刀擋住光敏三級(jí)管，不管擋住哪路都沒(méi)有反應(yīng)，數(shù)碼管還是顯示0，而且報(bào)警器也沒(méi)有報(bào)警。問(wèn)題出現(xiàn)：隨即就拿5V電壓直接接到555多諧電路，蜂鳴器發(fā)出響聲，說(shuō)明這部分電路沒(méi)有問(wèn)題。之后就從譯碼器的A，B端牽出2根導(dǎo)線，先將其

17、中1路接到5V電源，2路接地，結(jié)果數(shù)碼管顯示為1,1路接地，2路接電源，數(shù)碼管就顯示2，兩路都接電源時(shí)就顯示3。所以這部分也沒(méi)錯(cuò)。那就是光耦中的發(fā)光二級(jí)管和光敏三級(jí)管的問(wèn)題了，一想可能是和發(fā)光二級(jí)管和光敏三級(jí)管串聯(lián)的電阻阻值太小了導(dǎo)致燒掉了，測(cè)量了電阻才發(fā)現(xiàn)電阻阻值與其上表的相差太多，二十歐的電阻居然只有不到兩歐，當(dāng)時(shí)把元件拿到手的時(shí)候自己沒(méi)有拿萬(wàn)用表測(cè)一下，于是換了電阻和光耦，焊接好之后，重新接好電源，正常了。在預(yù)定的條件下進(jìn)行系統(tǒng)的整體性能進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)一定條件下的輸出值記錄得到足夠數(shù)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行整體性能分析，得到結(jié)論，實(shí)際電路符合設(shè)計(jì)的要求，符合設(shè)計(jì)的預(yù)定結(jié)果。第5章總結(jié)這次光電檢測(cè)課程設(shè)

18、計(jì)是一次綜合性的實(shí)踐過(guò)程，是對(duì)我們所學(xué)的光電檢測(cè)技術(shù)的一次歸納總結(jié)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中碰到的剛開(kāi)始不能正常顯示并且運(yùn)行的情況完全是粗心導(dǎo)致的，當(dāng)時(shí)如果認(rèn)真點(diǎn)的話就不會(huì)出現(xiàn)了，可能就是一下完成了。所以，通過(guò)實(shí)驗(yàn)意識(shí)到要從現(xiàn)在開(kāi)始養(yǎng)成那種細(xì)心的好習(xí)慣。這對(duì)以后的課程設(shè)計(jì)甚至是畢業(yè)設(shè)計(jì)都非常有幫助。再者通過(guò)這次實(shí)習(xí)鍛煉了自己的動(dòng)手及查資料的能力。也體會(huì)到了成功帶來(lái)了的喜悅?？梢哉f(shuō)是獲益非淺。再次反過(guò)來(lái)思考這個(gè)電路圖，整個(gè)電路簡(jiǎn)單明了，可以根據(jù)此電路圖應(yīng)用到實(shí)際中去，紅外發(fā)射管都用那種遠(yuǎn)程的功率大，距離遠(yuǎn)，還可以擴(kuò)展到多路的數(shù)字顯示，應(yīng)用廣泛，報(bào)警電路也可以改進(jìn)發(fā)出不同的聲音?？梢哉f(shuō)是十分有利用價(jià)值。參考文獻(xiàn)1楊興瑤。實(shí)用電子電路500例?；瘜W(xué)工業(yè)出版社。1996。2閻石。數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)。高等教育出版社。1997。3龐振泰、王采斐、屈宗明（譯）.光電接