光電技術實驗

光電報警系統(tǒng)設計一、實驗目的-、練習自擬簡單的光電報警系統(tǒng)設計實驗；2、對影響光電探測性能的各種參數(shù)進行探討，以求最大限度地發(fā)揮系統(tǒng)的探測能力二、 實驗內(nèi)容自擬簡單的紅外光電報警系統(tǒng)。三、 實驗儀器-、紅外發(fā)射二極管BT40--只2、光敏二極管2CU2B-只3、光電報警系統(tǒng)設計模塊-套4、連接導線60根5、直流穩(wěn)壓電源-個四、實驗原理光電報警系統(tǒng)是一種重要的監(jiān)視系統(tǒng)，目前其種類已經(jīng)日益增多。有對飛機、導彈等軍事目標入侵進行的報警系統(tǒng)，也有對機場、重要設施或危禁區(qū)域防范進行報警的系統(tǒng)。一般說來，被動報警系統(tǒng)的保密性好，但是設備比較復雜；而主動報警系統(tǒng)可以利用特定的調(diào)制編碼規(guī)律，達到一定的保密效果，設備比較簡單。本實驗半自擬一個簡單的主動報警系統(tǒng)，由圖-所示的四個部分組成。發(fā)射系統(tǒng)調(diào)制電源託外發(fā)射管紅外光束警戒線調(diào)制電源託外發(fā)射管紅外光束警戒線圖1發(fā)射系統(tǒng)包括調(diào)制電源和紅外發(fā)射二極管，發(fā)射紅外調(diào)制光。在發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)之間有紅外光束警戒線，當警戒線被阻擋時，接收系統(tǒng)發(fā)出指示信號，此信號經(jīng)放大，驅(qū)動報警電路發(fā)出報警信號。下面對各部分電路各舉一個簡單的例子。1、發(fā)射系統(tǒng)：用NE555定時器構(gòu)成占空比可調(diào)的多諧振蕩器作調(diào)制電源，BT401作為紅外發(fā)射管。NE555內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理如下圖（2）所示：若不用5腳時，當2腳外加電壓小于-V（電源3c電壓）時，比較器2翻轉(zhuǎn)，導致RS觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，管腳3輸出高電平。同時晶體管Q截止，2使腳7內(nèi)部開路。當6腳外加電壓高于彳V時，比較器1翻轉(zhuǎn)，導致RS觸發(fā)器翻回，管腳3c3輸出低電平。同時晶體管Q導通，使腳7內(nèi)部近似接地。若管腳5外加比較電壓，則NE555在外加比較電壓下工作。比較器1或比較器2的翻轉(zhuǎn)閾電平由管腳5外加比較電壓在電阻R上的分壓決定。圖（3）給出了由NE555構(gòu)成占空比可調(diào)的多諧振蕩器的參考電路。

圖3電容器Cl由電源電壓V通過R2、D充電，A點電壓按指數(shù)規(guī)律上升，由于二極管D的cc作用，電流不經(jīng)過R1,因此其充電時間常數(shù)為RC。2l當A點電壓低于1/3V時，3腳輸出電壓V為高電平，7腳內(nèi)部開路，直到當A點電壓CC 0上升到2；VCC時，3腳輸出電壓V為低電平，同時7腳近似接地，電容器C1通過R1至7腳放電，由于二極管D反向電阻很大，放電時間常數(shù)為RC。直到當A點電壓下降到1/3Vll CC時，3腳輸出電壓V又為高電平，同時7腳內(nèi)部又開路，電容器C1又由電源電壓V通過R2、0ccD充電。調(diào)整R或心的電阻值可以調(diào)整占空比。當R1-R2-R時，輸出為方波信號。其輸出頻率12為：1f=2RC用NE555組成振蕩器來作紅外發(fā)光管BT401的驅(qū)動時，由于紅外發(fā)光管BT401的工作電流約30mA，NE555輸出功率不夠，因此需加一個三極管驅(qū)動電路。使輸出電流大于或等于紅外發(fā)光管的最小工作電流I。同時發(fā)光管必需串聯(lián)一個限流電阻R，使輸出電流小于或等于ff發(fā)光管的最大工作電流I。設發(fā)光管最大工作電流為I,最大工作電流時正向壓降為V,則mmm限流電阻R取值為fV—VR>-cc m參考電路如下紅外炭光菅簡紅外炭光菅簡圖42、接收系統(tǒng)和放大電路電路如圖5所示，用2CU2B光敏二極管作為接收系統(tǒng)，LF353構(gòu)成放大電路。光敏二極管是一種光伏探測器，當入射光強度發(fā)生變化時，通過二極管的電流隨之變化，于是二極管的端電壓也發(fā)生變化。從阻抗的角度看，當入射光強度發(fā)生變化時，二極管的阻抗發(fā)生變化，光強度越大阻抗越小。圖5光敏二極管光強度越大阻抗越小。圖5光敏二極管放大器為兩級，前一個1LF353構(gòu)成主放大器，將光敏二極管接入同向輸入端，將光敏2二極管所產(chǎn)生的電流變化信號放大。后一個1LF353構(gòu)成比較放大器，比較放大器的反向輸2入端6腳加來自主放大器的信號電壓。當光線未阻斷時，從主放大器來的交流信號經(jīng)二極管D］檢波，再經(jīng)R4、C1低通濾波器后得到直流電壓，比較放大器的同向輸入端5腳加某一固定偏置電壓，其值要小于或接近反向輸入端6腳電位。則放大器7腳輸出電壓近似為零，當紅外光束被阻斷時，主放大器沒有信號輸出。從而比較放大器只有同向輸入端加的正電壓，輸出為高電位，則比較放大器輸出電位的變化指示了光線是否阻斷。當然可以如圖所示，在比較放大器的輸出端接報警電路（如LED和揚聲器），當紅外光束被阻斷時，LED管亮,揚聲器發(fā)聲報警。3、抱警保持和消除電路將報警電路直接接比較放大器的輸出端有缺點：當光線又未阻斷時，報警信號立即消失，報警不能維持。最好加一個報警保持和消除電路，即使光線被阻斷很短時間，一但報警，則維持下去，當不需要報警時，人為消除。下面給出用雙D觸發(fā)器74HC74實現(xiàn)此功能的參考2PR輸入62PR輸入6電路圖，如圖6所示。R1D1D2LF353R4Ci》U4BR7R5R81U8AIDC1R9V-74HC74R6C；"LEDR3R1D1D2LF353R4Ci》U4BR7R5R81U8AIDC1R9V-74HC74R6C；"LEDR3參考參數(shù)值：Rl：1KQR3：120KQR5：5.6KQR7：1KQR9:1KQC2:10uFD2:1N4007圖7R2：1KQR4：68KQR6：2.2KQR8：5.6KQC1:10uFD1:光敏二極管五、實驗用設計模板介紹光電報警試驗系統(tǒng)模塊如圖8所示：圖6根據(jù)74HC74的功能表，CLK為低電位時，Q為低電位，只要CLK有個電位上升，則Q為高電位，即使CLK再為低電位，也能保持高電位。將CLK端通過電阻R9接入比較放大器的輸出，將LED和揚聲器接Q端，則可實現(xiàn)當紅外光束被阻斷時報警和維持。當不需要報警時，按一下K1使CLR為低電位，則Q又為低電位且保持，報警消除。接收系統(tǒng)和報警部分電路連圖如圖7所示。V+

光電報警系統(tǒng)設計荒.*#=**址*-一■?光電報警系統(tǒng)設計荒.*#=**址*-一■?圖8光電報警系統(tǒng)設計模板備有+5V,-5V直流穩(wěn)壓電源，只要從外部插入+5V電源，貝IJ+5V和-5V孔就有電壓，為光電報警系統(tǒng)設計提供電壓，其中NE555、LF353、74HC74所需工作電壓內(nèi)部已接好。本實驗模塊還配有時鐘集成電路NE555、雙運算放大器LF353、觸發(fā)器74HC74和三極管9013，供電路設計時使用，它們的已接器件如圖所示。還備有各類參數(shù)的電阻、電容，以及10k、100K的電位器和設計過程中可能用到的元器件放在面板上，供設計者選用。六、 實驗步驟1、 用面板上NE555模塊、100K可調(diào)電位器和一個2.2K電阻設計一占空比可調(diào)的方波振蕩器，用導線組成電路。用示波器從NE555的3腳觀測輸出波形應為方波,并測量輸出電壓峰一峰值；調(diào)節(jié)100K電位器使占空比為50%。2、 將該實驗中的三部分電路（圖3、圖4、圖7）連接成一個完成的系統(tǒng)電路。3、 用紅外發(fā)射二極管組成發(fā)射系統(tǒng)，在發(fā)射和接收系統(tǒng)之間有紅光束警戒線。當警戒線被阻斷時，接收系統(tǒng)發(fā)出警報信號。要求系統(tǒng)在給定器件的條件下作用距離盡可能遠。4、 恢復警戒線后，按