光電報警器課程設(shè)計

1、電子線路課程設(shè)計（1） 論文（設(shè)計）題目： 光電報警器 目 錄摘 要3關(guān)鍵詞3一、設(shè)計任務與要求3二、方案設(shè)計與論證比較31.方案設(shè)計32.方案論證3 2.0.傳感器模塊3 2.1.穩(wěn)壓模塊4 2.2.報警器模塊4三、硬件單元電路設(shè)計與參數(shù)計算43.0 總體電路設(shè)計43.1 電源模塊53.2 報警模塊53.3顯示模塊6 3.4模塊7四、系統(tǒng)調(diào)試7五、總結(jié)7六、致謝8參考文獻8附錄一（原器件清單）9 附錄二（光電報警器系統(tǒng)總原理圖）9附錄三（光電報警器系統(tǒng)pcb制版圖）.9附錄四（硬件電路實物圖）.11 光電報警器摘 要系統(tǒng)設(shè)計了一個光電式報警器，該報警器通過感光器件（紅外對管）把光信號轉(zhuǎn)換成電

2、信號，經(jīng)lm339比較輸出，控制74ls247（bcd-7段譯碼驅(qū)動器）和74ls32(四輸入或門)的輸出狀態(tài)，控制數(shù)碼管的顯示以及ne555報警.在間歇式報警過程顯示被遮擋的光路數(shù)，且有多路同時顯示功能。該光電報警器的設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，由四個模塊即光電轉(zhuǎn)換模塊，報警模塊，電源模塊以及顯示模塊組成。各模塊功能獨立，可擴充性強，很有經(jīng)濟利用價值。關(guān)鍵詞：數(shù)碼管，紅外對管，多路，間歇式，報警，電源。一、 設(shè)計任務與要求要求：采用多光路結(jié)構(gòu)（至少兩路），當任一光路被遮擋時，報警器發(fā)出間歇式聲光報警；采用led顯示被遮擋的光路數(shù)。（主要元件參考：ne555，74ls32,74ls247,lm339,

3、有源蜂鳴器）二、 方案設(shè)計與論證比較1.方案設(shè)計：（根據(jù)課題設(shè)計要求初步建立如下系統(tǒng)框圖如圖1.0.0所示） 報警器控制譯碼輸出數(shù)碼顯示光電轉(zhuǎn)換+5v穩(wěn)壓電源（圖1.0 .0 系統(tǒng)原理框圖）2.方案論證：2.0 傳感器模塊方案一：用光敏電阻組成光敏探測器。光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。當光敏電阻受到光照射或在被遮擋的環(huán)境下，阻值發(fā)生明顯變化。將阻值變化通過比較器就可以輸出高低電平了。但是這種方案受光照影響很大，不能夠穩(wěn)定工作。因此我考慮其他更加穩(wěn)定的方案。方案二：用紅外發(fā)射管和接收管自己制作光電對管傳感器。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當發(fā)出的紅外線在光亮的環(huán)境時，若紅外接收管能夠接

4、收到反射回來的光線則檢測出在有光的環(huán)境，繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則檢測出在黑暗的環(huán)境，繼而輸出高電平。這樣自己自作的光電報警器能夠滿足要求。并且工作穩(wěn)定，且影響小，價格實惠。基于以上分析擬定方案二，由紅外對管做為系統(tǒng)傳感器的部分，采集哪路光路被遮擋與否。2.1 .穩(wěn)壓模塊 由于本系統(tǒng)需要電池供電，我考慮了如下幾種方案為系統(tǒng)供電。方案一：采用4節(jié)1.5v干電池供電，電壓達到6v，給系統(tǒng)供電，但是干電池電量有限，隨著工作時間，電壓會慢慢降低。使用干電池給系統(tǒng)供電給系統(tǒng)調(diào)試帶來很大的不便，因此，我放棄了這種方案。方案二;采用集成穩(wěn)壓芯片lm7805cv，穩(wěn)壓輸出+5v電壓給系統(tǒng)供電

5、。7805輸出1a的電流，足以提供系統(tǒng)工作所需要的電流。而且只要帶上變壓器，穩(wěn)壓芯片就可以穩(wěn)定輸出+5v電壓了?；谝陨戏治鰯M定方案二，作為系統(tǒng)工作時的電源。2.2 .報警器模塊方案一：采用揚聲器作為系統(tǒng)報警，電路要增加元器件，并且揚聲器占用空間大，重。價格相對其它報警設(shè)備價格略貴，超出了我的預算。所以放棄此方案。方案二：采用無緣蜂鳴器，價格便宜，體積小，攜帶方便，報警聲音清晰，但是要增加驅(qū)動電路方可正常工作。方案三：采用有源蜂鳴器，價格價格便宜，體積小，攜帶方便，報警聲音清晰，直接與輸出信號引腳相連就可以工作了。電路簡單?；谝陨戏治鰯M定方案三，作為系統(tǒng)的報警。三：硬件單元電路設(shè)計與參數(shù)計算

6、3.0 總體電路設(shè)計本電路由4部分組成，光信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字顯示系統(tǒng)，555報警系統(tǒng)和+5v穩(wěn)壓源系統(tǒng)。通過紅外接收管接收到紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外線的強與弱來輸出高低電平控制sn74ls247n顯示數(shù)字是哪路被遮擋，同時高低電平通過邏輯或門hd74ls32p集成芯片來控制ne555報警器發(fā)出間歇式的報警聲。芯片sn74ls247n是驅(qū)動共陽數(shù)碼管的譯碼器，所以在共陽數(shù)碼管之前加一個200歐姆的電阻。3.1 電源模塊 原理圖如圖3.1.0所示，采用變壓器經(jīng)過整流濾波后再通過三端穩(wěn)壓器lm7805cv得到+5v電壓，給系統(tǒng)供電。圖3.1.0 +5v穩(wěn)壓電源3.2 報警模塊 原理圖如圖3.2.1

7、所示。首先考慮到間歇式光電報警電路可以采用ne555振蕩電路實現(xiàn)，首先了解555芯片的結(jié)構(gòu)性能，如圖 3.2.0所示： 圖3.2.0 555芯片管腳圖 圖3.2.1 555報警電路圖通過555定時器構(gòu)成自激多諧振蕩器產(chǎn)生的矩形脈沖來控制有源蜂鳴器的間歇式的叫聲（如圖3.2.1所示）。對于多諧振蕩器可根據(jù)公式t=0.7*（r1+2r2）*c5來確定間歇式時間，導通時間為t1=0.7*（r1+r2）*c5,充電時間t2=t-t1由電路圖可以算出導通時間為：t=0.7*（51k+2*20k）*22=1401.4khz 當或門邏輯芯片74ls32第一引腳和第二引腳只要有一個引腳輸入高電平,則第三引腳輸

8、出高電平（即有光路被遮擋），否則輸出低電平。 （圖3.2.2 555芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖）5腳經(jīng)0.01uf電容接地，比較器c1和c2的比較電壓為：ur1=2/3vcc、ur2=1/3vcc。 當vi12/3vcc，vi21/3vcc時，比較器c1輸出低電平，比較器c2輸出高電平，基本rs觸發(fā)器置0，g3輸出高電平，放電三極管td導通，定時器輸出低電平。 當vi12/3vcc，vi21/3vcc時，比較器c1輸出高電平，比較器c2輸出高電平，基本rs觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變，555定時器輸出狀態(tài)保持不來。 當vi12/3vcc，vi21/3vcc時，比較器c1輸出低電平，比較器c2輸出低電平，基本

9、rs觸發(fā)器兩端都被置1，g3輸出低電平，放電三極管td截止，定時器輸出高電平。 當vi12/3vcc，vi21/3vcc時，比較器c1輸出高電平，比較器c2輸出低電平，基本rs觸發(fā)器置1，g3輸出低電平，放電三極管td截止，定時器輸出高電平。 3.3 數(shù)字顯示模塊原理圖如圖3.3.0所示。其次，顯示電路選擇sn74ls247n和共陽七段數(shù)碼管，如圖3.3.0 圖3.3.0 sn74ls247n引腳功能表： （圖3.3.1 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.sn74ls2

10、47n是一款低電平驅(qū)動的數(shù)字譯碼芯片，輸出有效位為低電平，可以配上共陽數(shù)碼管。要在共陽數(shù)碼管的輸入端串聯(lián)一個200歐姆的電阻，以保護數(shù)碼管不被燒壞。 當兩對傳感器都被遮擋時，兩個數(shù)碼管同時顯示被遮擋的光路數(shù)。3.4 光電轉(zhuǎn)換模塊原理圖如圖3.4.0所示。光電轉(zhuǎn)換模塊采用紅外對管，發(fā)射管串接一個150歐姆的電阻，以防止發(fā)射管被燒壞。在接收管串接一個5k的電阻。10k精密可調(diào)電位器來調(diào)節(jié)比較器的參考電壓，通過比較器lm339輸出比較的電平高低。當沒有遮擋紅外對管時，接收管相當于短路，輸出低電平。當遮擋時，接收管截止，輸出高電平。(圖3.4.0 光電轉(zhuǎn)換硬件電路)四：系統(tǒng)調(diào)試接好電路，接通電源，電源

11、指示燈亮，看到兩個一位數(shù)碼管同時顯示0，且蜂鳴器不響，系統(tǒng)正常。之后用紙片分別遮擋光路一，二，數(shù)碼管顯示不變且無間歇式報警聲。問題可能出現(xiàn)在10k精密可調(diào)電位器的阻值沒有調(diào)好，是比較器參考電壓不適當。之后擋住其中一路紅外對管，慢慢用小刀子旋轉(zhuǎn)電位器，之后數(shù)碼管有顯示且蜂鳴器發(fā)出間歇式報警聲。之后正常了。五：總結(jié)： 實驗過程中碰到的剛開始不能正常顯示并且運行的情況是由于比較器的參考電壓沒有調(diào)節(jié)好導致的。通過這次實驗讓我接觸了很多新知識，也鞏固了舊知識，鍛煉了自己動手的能力，豐富了經(jīng)驗，這對以后的學習和工作都非常有幫助。也體會到了成功帶來的喜悅?？梢哉f受益匪淺。 再次反思過來思考這個問題。整個電路

12、簡單明了，可以根據(jù)此電路圖應用到實際中去，紅外發(fā)射管都用那種遠程的功率大，距離遠，還可以擴展到更多路的數(shù)字顯示，應用廣泛，報警電路也可以改進發(fā)出不同的聲音，可以說是十分有利用價值。六：致謝： 感謝學校領(lǐng)導老師給我這次動手實踐的機會！感謝在我做課程設(shè)計過程中提供給我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W們。更感謝為“物理與電子工程系大學生電子創(chuàng)新實訓基地”一直忙碌的老師們。 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(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

13、磁兼容與pcb設(shè)計。機械工業(yè)出版社。2008。5楊欣，王玉鳳，劉湘黔。電路設(shè)計與仿真基于multisim8與protel 2004。清華大學出版社。2006。6陳雅萍。電子技能與實訓-項目式教學。高等教育出版社。2007。7于彤。傳感器原理及應用項目式教學。機械工業(yè)出版社。2008。附錄一原器件清單(如圖1所示)：元件名稱型號數(shù)量/個用途數(shù)碼管一位共陽數(shù)碼管2顯示電路集成芯片sn74ls247n2顯示驅(qū)動集成芯片hd74ls32p1報警電路集成芯片lm339n1驅(qū)動電路集成塊l7805cv1穩(wěn)壓電路電解電容1000uf/25v1電解電容220uf/25v1瓷片電容1042整流二極管1n40074發(fā)光二極管發(fā)紅光1普通電阻300歐姆1散熱片yk20白色，不帶腳1集成芯片ne555p1報警電路電解電容22uf/25v1瓷片電容1031普通電阻51k1普通電阻20k1蜂鳴器有源蜂鳴器1精密可調(diào)電位器10k2傳感器電路普通電阻5k4普通電阻150歐姆2紅外發(fā)射管5mm紅外發(fā)射管2紅外接收管5mm紅外接收管2普通電阻200歐姆1顯示電路插座dip162排針單排排針1系統(tǒng)電路覆銅板10*201系統(tǒng)電路標簽紙紅色1系統(tǒng)標記焊錫08mm恒明焊錫1焊電路圖1附錄二（光電報警器系統(tǒng)總原理圖如圖2