光電檢測技術課程設計 -庭院報警器電路設計.doc

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1、東 北 石 油 大 學課 程 設 計課 程 光電檢測技術課程設計 題 目 庭院報警電路設計 院 系 電子科學學院 專業(yè)班級 應物07-2班 學生姓名 學生學號 060901340212 指導教師 2011年 3 月 10 日東北石油大學課程設計任務書課程 光電檢測技術題目 庭院報警電路設計專業(yè) 應用物理 姓名 學號060901340212主要內容：利用激光電筒光敏三極管及555專用集成電路，設計一庭院防盜報警電路?；疽螅海?）分析光敏三極管的原理與特性。（2）庭院防盜報警電路總體框圖。（3）設計光電轉換電路、控制電路。（4）對電路進行仿真研究。（5）完成課程設計總結報告。主要參考資料：1

2、肖景和編著，集成運算放大器應用精粹M.北京:人民郵電出版社,2006.11.2 陳振宮等編著，光電子電路制作實例M.北京:國防工業(yè)出版社 2006.4.3 黃繼昌等編著，實用報警電路M.北京:人民郵電出版社, 2005.2,200.完成期限 指導教師 專業(yè)負責人 2010年3月10日目錄第1章 概述11.1 庭院報警器的實用價值11.2 庭院報警器的前景1第2章 庭院報警器報警原理與總體設計22.1 光敏三極管的原理及特性22.2 給出整體框圖22.3 主要工作器件3第3章 各部分電路設計43.1 光電轉換電路設計43.2 驅動電路設計53.3 放大電路設計83.4 庭院防盜報警電路設計8第4

3、章 安裝與調試104.1 測試元器件104.2 搭建電路104.3 調試10第5章 結論11參考文獻12第1章 概述1.1 庭院報警器報警的實用價值隨著社會的不斷進步,電子技術的不斷發(fā)展,人們生活水平得到了很大的改善,許多高科技產(chǎn)品的使用越來越成為家庭生活的主旋律,因此人們對自己所處環(huán)境的安全需求就越來越高,特別是家居安全,不得不時刻留意不速之客的光顧.為此許多小區(qū)、家庭都安裝了報警系統(tǒng),這有效的保證了居民的人身財產(chǎn)安全.在本文中,介紹一種利用光敏三極管傳感器進行安全檢測監(jiān)控,并進行報警的系統(tǒng)的設計.1.2 庭院報警器的前景目前,在市場上所能見到的防盜報警裝置有多種多樣,它們的控制原理也不盡相

4、同。這里除了在基本電路上的差異外,主要表現(xiàn)在對不同傳感器的使用上。傳感器的種類繁多,性能和要求千差萬別。其中光敏三極管傳感器進行安全檢測監(jiān)控的庭院報警器，具有低成本,易普及, 高可靠性等突出優(yōu)點,具有廣泛的市場發(fā)展前景第2章 庭院報警器報警原理與總體設計2.1 光敏三熱釋極管的原理及特性光敏三極管和普通三極管相似，也有電流放大作用，只是它的集電極電流不只是受基極電路和電流控制，同時也受光輻射的控制。 晶體三極管，是半導體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導體基片上制作兩個相距很近的PN結，兩個PN結把正塊半導體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側部分是發(fā)射區(qū)和

5、集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種，從三個區(qū)引出相應的電極，分別為基極b發(fā)射極e和集電極c。發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的PN結叫發(fā)射結，集電區(qū)和基區(qū)之間的PN結叫集電極?；鶇^(qū)很薄，而發(fā)射區(qū)較厚，雜質濃度大，PNP型三極管發(fā)射區(qū)發(fā)射的是空穴，其移動方向與電流方向一致，故發(fā)射極箭頭向里；NPN型三極管發(fā)射區(qū)發(fā)射的是自由電子，其移動方向與電流方向相反，故發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭指向也是PN結在正向電壓下的導通方向。 當光源照射到光敏三極管表面上，使光敏三極管產(chǎn)生集電極電流，該電流的大小與光照的強弱，亦即流過二極管的正向電流的大小成正比。2.2 給出整體框圖該系統(tǒng)的設計思路如圖2.2所示是否

6、有人進入庭院.初始化報警是否 圖2.2 系統(tǒng)設計思路圖系統(tǒng)由人為啟動,初始化時延遲一段時間,然后進入警戒狀態(tài),檢測在規(guī)定范圍內是否有人活動,如果發(fā)現(xiàn)有人通過則啟動警鈴報警。2.3 主要工作器件激光電筒唯昕vesine綠色激光電筒材質：硬質鋁 外觀表面處理：陽極氧化黑開關方式：輕觸式開關波長：532nm； 啟動時間3秒 工作電壓：DC3.7V尺寸：148mm*22mm 光敏三極管3DU31參數(shù)名稱符號單位測試條件最小值中間值最大值擊穿電壓V(Br)CEVIce=0.5uA30最高工作電壓V(Rm)CEVIce=Id10暗電流IDUaV=V(Rm)CE0.0010.1光電流ILMaE=1000Lx

7、 V=10V1.5開關時間TrusRL=50 Vce=10V3Taus2Tfus3Tsus2峰值波長nm8800輸出功率PoMw182025NE555集成電路特性 555集成電路開始是作定時器應用的，所以叫做555定時器或555時基電路。但后來經(jīng)過開發(fā)，它除了作定時延時控制外，還可用于調光、調溫、調壓、調速等多種控制及計量檢測。此外，還可以組成脈沖振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)和脈沖調制電路，用于交流信號源、電源變換、頻率變換、脈沖調制等。由于它工作可靠、使用方便、價格低廉，目前被廣泛用于各種電子產(chǎn)品中，555集成電路內部有幾十個元器件，有分壓器、比較器、基本R-S觸發(fā)器、放電管以及緩沖器等，電路比較復雜，

8、是模擬電路和數(shù)字電路的混合體。 第3章 各部分電路設計3.1 光電轉換電路設計 如圖3.1所示，光電轉換采用光敏三極管構成。當光敏三極管受到光照時a、b極相當于短路，當光敏三極管被遮擋是a、b極相當于斷路。這就有了高低電平的輸出來控制后面的數(shù)字電路部分，實際上這部分是實現(xiàn)了把電信號轉換為數(shù)字信號的功能。a激光電筒R1bVT13DURP2RP1R2圖3.1光電轉換電路電路圖 3.2 驅動電路設計 驅動電路如圖3.2.2所示。555時基電路的工作過程如圖3.2.1所示：當2腳，即比較器A2的反相輸入端加進電位低于VDD的觸發(fā)信號時，則VT9、VTll導通，給雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中的VTl4提供一偏流，使V

9、Tl4飽和導通，它的飽和壓降Vces箝制VTl5的基極處于低電平，使VTl5截止，VTl7飽和，從而使VTl8截止，VTl9導通，VT20完全飽和導通，VT21截止。因此，輸出端3腳輸出高電平。此時，不管6端(閾值電壓)為何種電平，由于雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(VTl4-VTl7)中的47k電阻的正反饋作用(VTl5的基極電流是通過該電阻提供的)，3腳輸出高電平狀態(tài)一直保持到6腳出現(xiàn)高于VDD的電平為止。當觸發(fā)信號消失后，即比較器A2反相輸入端2腳的電位高于VDD，則VT9、VTll截止，VTl4因無偏流而截止，此時若6腳無觸發(fā)輸入，則VTl7的Vces飽和壓降通過4.7k電阻維持VTl3截止，使VTl7

10、飽和穩(wěn)態(tài)不變，故輸出端3腳仍維持高電平。同時，VTl8的截止使VT6也截止。當觸發(fā)信號加到6腳時，且電位高于VDD時，則VTl、VT2、VT3皆導通。此時，若2腳無外加觸發(fā)信號使VT9、VTl4截止，則VT3的集電極電流供給VTl5偏流，使該級飽和導通，導致VTl7截止，進而VTl8導通，VTl9、VT2。都截止，VT21飽和導通，故3腳輸出低電平。當6腳的觸發(fā)信號消失后，即該腳電位降至低于VDD時，則VTl、VT2、VT3皆截止，使VTl5得不到偏流。此時，若2腳仍無觸發(fā)信號，則VTl5通過4.7k電阻得到偏流，使VTl5維持飽和導通，VTl7截止的穩(wěn)態(tài)，使3腳輸出端維持在低電平狀態(tài)。同時，

11、VTl8的導通，使放電級VT6飽和導通。通過上面兩種狀態(tài)的分析，可以發(fā)現(xiàn)：只要2腳的電位低于VDD，即有觸發(fā)信號加入時，必使輸出端3腳為高電平；而當6腳的電位高于VDD時，即有觸發(fā)信號加進時，且同時2腳的電位高于VDD時，才能使輸出端3腳有低電平輸出。4腳為復位端。當在該腳加有觸發(fā)信號，即其電位低于導通的飽和壓降0.3V時，VT8導通，其發(fā)射極電位低于lV，因有D3接入，VTl7為截止狀態(tài)，VTl8、VT21飽和導通，輸出端3腳為低電平。此時，不管2腳、6腳為何電位，均不能改變這種狀態(tài)。因VT8的發(fā)射極通過D3及VTl7的發(fā)射極到地，故VT8的發(fā)射極電位任何情況下不會比1.4V電壓高。因此，當

12、復位端4腳電位高于1.4V時，VT8處于反偏狀態(tài)而不起作用，也就是說，此時輸出端3腳的電平只取決于2腳、6腳的電位。 根據(jù)上面的分析，CA555時基電路的內部等效電路可簡化為如圖所示的等效功能電路。顯然，555電路(或者專556電路)內含兩個比較器A1和A2、一個觸發(fā)器、一個驅動器和一個放電晶體管。兩個比較器分別被電阻R1、R2和R3構成的分壓器設定的VDD和VDD。參考電壓所限定。為進一步理解其電路功能，并靈活應用555集成塊，下面簡要說明其作用機理。從圖15可見，三個5k電阻組成的分壓器，使內部的兩個比較器構成一個電平觸發(fā)器，上觸發(fā)電平為VDD，下觸發(fā)電平為VDD。在5腳控制端外接一個參考

13、電源Vc，可以改變上、下觸發(fā)電平值。比較器Al的輸出同或非門l的輸入端相接，比較器A2的輸出端接到或非門2的輸入端。由于由兩個或非門組成的RS觸發(fā)器必須用負極極性信號觸發(fā)，因此，加到比較器Al同相端6腳的觸發(fā)信號，只有當電位高于反相端5腳的電位時，RS觸發(fā)器才翻轉；而加到比較器A2反相端2腳的觸發(fā)信號，只有當電位低于A2同相端的電位VDD時，RS觸發(fā)器才翻轉。84R6+-5RR+S3+72-R1 圖3.2.1 CA555時基電路等效電路圖8463IC1 555R3251圖3.2.2驅動電路圖3.3 放大電路設計 “放大”的本質是實現(xiàn)能量的控制，即能量的轉換：用能量比較小的輸入信號來控制另一個能

14、源，使輸出端的負載上得到能量比較大的信號。放大的對象是變化量，放大的前提是傳輸不失真。庭院防盜報警器放大電路如圖3.3所示。K1SVD1VT290136VK1-1圖3.3放大電路圖 3.4 庭院防盜報警電路設庭院防盜報警器的電路如圖2所示。激光電筒與光敏三極管VT1形成一條防盜警戒線，它可以設置在庭院內盜賊容易入侵的地方。平時，激光電筒發(fā)出的激光被光敏三極管VT1接收，555時基電路IC1的閾值端6腳和觸發(fā)端2腳的電位可達4V以上。于是IC1的3腳輸出低電平，VT2截止，繼電器K1不工作，電路誤報警發(fā)出。當有盜賊入侵穿越警戒線時，激光被遮擋切斷，此時光敏三極管VT1因無光照而截止，IC1的2、

15、6腳變?yōu)榈碗娖?，?腳輸出高電平，使VT2導通，繼電器K1得電工作，其觸點K1-1閉合，使繼電器K1自鎖，觸點K1-2也閉合，使電鈴B得電發(fā)出報警聲。K1-2B220V8激光電筒4R1K163IC1 555R3VD1S2VT13DUVT2901351RP26VK1-1RP1R2圖2庭院防盜報警器電路圖 第4章 安裝與調試4.1 測試元器件進過使用萬用表及相關儀器測試，所購買元器件均合格。激光電筒，合格。光敏三極管，合格555專用集成電路，合格其他外部元器件，合格4.2 搭建電路按照設計電路圖進行正確電路搭建。準備焊接:清潔被焊元件處的積塵及油污,再將被焊元器件周圍的元器件左右掰一掰,讓電烙鐵頭

16、可以觸到被焊元器件的焊錫處,以免烙鐵頭伸向焊接處時燙壞其他元器件。焊接新的元器件時,應對元器件的引線鍍錫。加熱焊接:將沾有少許焊錫和松香的電烙鐵頭接觸被焊元器件約幾秒鐘。若是要拆下印刷板上的元器件,則待烙鐵頭加熱后,用手或銀子輕輕拉動元器件,看是否可以取下。清理焊接面:若所焊部位焊錫過多,可將烙鐵頭上的焊錫甩掉(注意不要燙傷皮膚,也不要甩到印刷電路板上!),用光烙錫頭沾些焊錫出來。若焊點焊錫過少、不圓滑時,可以用電烙鐵頭蘸些焊錫對焊點進行補焊。檢查焊點:看焊點是否圓潤、光亮、牢固,是否有與周圍元器件連焊的現(xiàn)象。4.3 調試 調試是本課程最后一步工作，也是設計成敗的關鍵。按照電路圖進行電路連接，

17、在電路連線時，一定要十分仔細，為減少連線對電路的干擾，連線要盡量減少交叉，在進行通電調試之前，要對電路進行反復徹底檢查，以免電路連接錯誤而導致器件或試驗設備的損壞。第5章 結論經(jīng)過為期一周的閃光報警電路的設計過程，查閱資料、小組討論，課程設計基本取得成功，已經(jīng)達到預期的報警要求。本設計的優(yōu)點主要在于它具有體積小重量輕、功耗低、工作可靠等優(yōu)點，在焊接過程中由于焊點焊錫過少、不圓滑時,導致部分電路無法發(fā)揮其作用，后經(jīng)排查原因，找出錯誤焊后來用電烙鐵頭蘸些焊錫對焊點進行補焊。經(jīng)重新調試，最終使報警器達到預期要求。通過這次課程設計,我學到了很多書本上沒有的實際的知識,熟悉了一些元器件、芯片在工程中的靈

18、活運用。在設計及制作過程中，遇到過一些困難。通過上網(wǎng)和去圖書館查資料解決之。并且在網(wǎng)上搜集到了一些元器件及電路的相關資料對以后的學習及工作是很有幫助的。最重要的是我學會了自學的方法，這將使我今后離開學校，踏上社會是相當有幫助的。其次是進一步熟練地掌握和運用了相關的專業(yè)軟件，提高了我們自身的專業(yè)素質。這也是我們工科學生所必須掌握的基礎技能。同時也深深的體會到，我們書本上所學的知識和實際的東西相差甚遠，我們所不懂的知識還有很多，因此今后我們要更加注重實際方面的鍛煉和運用。參考文獻1 肖景和編著，集成運算放大器應用精粹M.北京:人民郵電出版社,2006.11.2 陳振宮等編著，光電子電路制作實例M.

19、北京:國防工業(yè)出版社 2006.4.3 黃繼昌等編著，實用報警電路M.北京:人民郵電出版社, 2005.2,200.12東北石油大學課程設計成績評價表課程名稱光電檢測技術題目名稱庭院報警電路設計學生姓名蒼明宇學號060901340212指導教師姓名職稱序號評價項目指 標滿分評分1工作量、工作態(tài)度和出勤率按期圓滿的完成了規(guī)定的任務，難易程度和工作量符合教學要求，工作努力，遵守紀律，出勤率高，工作作風嚴謹，善于與他人合作。202課程設計質量課程設計選題合理，計算過程簡練準確，分析問題思路清晰，結構嚴謹，文理通順，撰寫規(guī)范，圖表完備正確。453創(chuàng)新工作中有創(chuàng)新意識，對前人工作有一些改進或有一定應用價值。54答辯能正確回答指導教師所提出的問題。30總分評語：指導教師： 年 月 日