数电光电报警

1、xxxxx学院数字电子技术课程设计 题 目 光电式报警器的设计 学生姓名 专业班级 学 号 院 （系） 指导教师 完成时间 目 录 1 课程设计的目的1 2 课程设计的任务与要求1 3 设计方案与论证1 4 设计原理及功能说明3 4.1 设计原理3 4.2 元器件介绍3 4.3 功能说明5 5 单元电路的设计5 5.1 光电转换模块5 5.2 数字显示模块6 5.3 声光报警模块7 6 硬件的制作与调试8 7 总结9 参考文献10 附录1: 总原理图11 附录2: 元器件清单12 附录3: 实物图131 课程设计的目的通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在数字电子技术中所学的理

2、论知识和实验技能，掌握常用数字电路的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。2 课程设计的任务与要求(1) 使用逻辑门电路、集成芯片及555定时器等器件完成光电式报警器的设计；(2) 采用光敏传感器设计完成3路报警；(3) LED显示，声光报警。3 设计方案与论证方案一：接通电源通过对管的发送和接收，输出高低电平，通过CD4511译码器使LED显示不同的数字，再由74LS32或门和555多谐振荡器来实现有选择的间歇式光电报警器。当接通电源的时候，发光管发出红外光，接收管导通，从A点输出低电平，当有东西遮在两个管子中间时，接收管断开，从A点输

3、出高电平，光电转换模块电路图如图3-1所示。图3-1 方案一光电转换模块电路图方案二：接通电源通过光耦的导通和断开，输出高低电平，通过74LS48译码器使LED显示不同的数字，再由74LS32或门和555多谐振荡器来实现有选择的间歇式光电报警器。当接通电源的时候，光耦内部的光敏三极管导通，从B点输出低电平，当有东西遮在光耦的U型槽中时，光敏三极管断开，从B点输出高电平，光电转换模块电路图如图3-2所示。图3-2 方案二光电转换模块电路图比较上述两种方案，都是将光信号转化为电信号输出高低电平，经过译码器驱动数码管显示不同的数字，同时通过输出的高低电平经或门来控制555构成的多谐振荡器。主要不同之

4、出就在于光电转换电路的选择，经过实验检测第一种方案输出的高电平比较低，致使数码管的亮度不是很高，要加个放大电路才能增加数码管的亮度，而第二种方案却不用加放大电路。虽然光耦的成本比对管高一些，但是实验电路和步骤较简单，而且光耦的发射和接收都在一个器件中灵敏度比对管要高，综合来看，选择第二种方案。4 设计原理及功能说明4.1 设计原理本设计首先接通电源通过光耦将光信号转化成电信号。输出的信号通过74LS48译码器使共阳数码管显示不同的数字，通过74LS32或门驱动555定时器构成的多谐振荡电路，使蜂鸣器和发光二极管发出间歇式声光报警。 4.2 元器件介绍(1) 光耦（H92B4）光耦的型号为H92

5、B4，由发光二极管和光敏三极管构成的，有4个管脚。当光敏三极管接收到二极管发射的光时，其工作在饱和导通状态，当光敏三极管无法接收到二极管发射的光时，三极管工作在截止状态。1和4 脚接电源，并要加限流电阻。 光耦原理图如图4-1所示。图4-1 光耦原理图 (2) 译码器（74LS48）74LS48是一款高电平驱动的数字译码芯片，输出有效点位为高电平，可以配上共阴的数码管，我们也可以选着74LS247低电平驱动的和共阳数码管，更具自己的喜好选着不同芯片，本品采用的是74LS48。芯片74LS48为共阴数码管的译码器，所以在共阴数码管之前要加8个330欧的电阻，以保护数码管不被烧坏，倘若数码管显示的

6、过亮了就要增大电阻的阻值。74LS48管脚图如图4-2所示。图4-2 74LS48管脚图(3) 数码管数码管分为共阳数码管和共阴数码管。发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。7段LED数码管在一定形状的绝缘材料上，利用单只LED组合排列成“8”字型的数码管，分别引出它们的电极，点亮相应的点划来显示出0-9的数字。LED的电流通常较小，一般均需在回路中接上限流电阻。数码管的内部结构如图4-3所示。图4-3 数码管内部结构本次课程设计使用的为共阴数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为低电平时，相应字段就

7、不亮。4.3 功能说明(1) 光电式报警器是通过光耦把电信号转换为光信号再转换为电信号输出完成光电转换。再一个输出到译码器通过数码管显示，一个输出到555多谐振荡器控制蜂鸣器的发声周期，且发光二级管发光。(2) 光耦输出后通过或门电路之后再通过译码器到数码管时再要加入电阻用来限流，再利用或门输出与译码器后的高低电平使发光二极管发光，且是当光耦被遮挡时相对应的LED发光。数码管通过光耦的遮挡路显示对应的数字。(3) 通过或门输出之后另一路是用来实现声光报警的，通过555输出稳定的方波来驱动蜂鸣器发声且可控制发声周期，除了光耦都没被遮是都会实现声光报警。5 单元电路的设计5.1 光电转换模块光电转

8、换的电路见图3-2。由于发光二极管的工作电压大约在2.5V，工作电流大约在4到10mA，并且电源电压为5V，则：R3=（5V-2.5V）/（4mA10mA）=250625 （5-1）设计中选了510限流电阻，选240限流电阻也可。三极管有放大作用，所以集电极的电流较大，所以要加一个阻值较大的电阻R4作为限流电阻，因此选择了10K电阻。当接通电源的时候，发光管发光，光敏三极管的基极电流增加，发射结的电压增大，当超过三极管的导通电压（一般为硅管为0.7V，锗管为0.3V左右）时，三极管就会导通，当基极电流继续增加时，三极管会饱和导通，此时三极管相当于工作在开关的闭合状态，B点相当于直接接地，所以B

9、点输出为低电平“0”。当一旦有东西遮在发光管和光敏三极管中间时，三极管的发射结电压降低，达不到它的导通电压，三极管截止，此时相当于工作在开关的断开状态，B点电势接近电源电压即为高电平“1”。5.2 数字显示模块数字显示模块原理图如图5-1所示。图5-1 数字显示模块原理图此模块由74LS48及共阴数码显示器组成，74LS48驱动共阴数码显示器工作。74LS48的2，6脚因无输入，故接低电平，3，4，5脚接高电平，而1,7脚则与光电转换模块中光敏三极管输出的连接。此时74LS32正常工作，驱动共阴数码显示器工作，以显示数字0到7。5.3 声光报警模块声光报警模块原理图如图5-2所示。图5-2 声

10、光报警模块原理图 根据设计要求要发出间歇式的声光报警，声音报警选择蜂鸣器，光报警选择发光二极管。要能发出间歇式的报警，肯定要求驱动蜂鸣器和发光二极管的信号为稳定的方波，即为有固定周期的高低电平，所以采用由555构成的多稳态触发器。间歇式报警的周期可以根据555多稳态触发器周期的算法： T=0.7×(R5+2R6)×C1 （5-2） 但是周期选择得太大的话，间歇的时间太长，周期太小的话，人耳无法感觉出有间歇，一般人耳的间歇感知度为0.1s，所以R5、R6选得大一点分别取50k和51k，C1适中取10uF，间歇报警的周期为0.7×(50+51×2）×

11、;1uF=1.064s,频率约为1/1.064s=0.94Hz。电容C2是用来滤波的，所以选得小一点更有利于将交流引入大地，因而取C2=0.01uF。 由于设计的要求是有时需要报警电路工作，有时不需要报警，所以可以用前级电路的输出电平来控制555定时器的复位端即4端口。当4端输入高电平的时候，声光报警器工作；当输入低电平的时候，声光报警器不工作。6 硬件的制作与调试 首先，我们要按照电路图对元器件进行组装。即将元器件按照一定的顺序安装在万能板上。元器件的布局与布线：在进行组装前的一项重要工作是进行元器件的布局设计。元器件的布局设计的原则是元器件的分布均匀、合理、接线尽量短、接线交叉尽量少。一般

12、按照电路图的走向顺序排列各级的布局，尽量缩短接线，以减少分布参数对电路的影响。集成电路外接元器件尽可能安排在对应管脚附近，缩短连线的距离。输入信号与输出信号的引线应当尽可能的安排远一些。连线尽量做到横平、竖直，横线交叉尽量少。 其次是对元件的焊接，正确的焊接方法是：准备施焊、加热焊件、加焊锡、去焊锡和去烙铁。对焊件要先进行表面处理：一般焊件表面都被氧化，需要表面处理，去除表面污垢，氧化膜等等。采用机械刮磨或酒精清洗。对元件引脚进行镀锡：对导线、引脚的焊接部位要进行焊锡润滑，也称上锡。焊料量的控制：焊点的焊锡量要适量，不可过多或过少。焊点的质量：焊接质量的好坏以焊点圆滑，光亮为好。 最终是对电路

13、的调式。检查电路接线：电路安装完毕，首先要认真检查电路接线是否正确。通常采用的检查方法是按照电路原理图检查。可借助万用表的电阻档检查。即在电路原理图上找到一些点，用万用表测量在电路原理图上应与它连接的部分是否都连接上，检查是否有错焊，漏焊处。7 总结本次数电课程设计，让我了解到了我知识的缺乏。以后的学习生涯我会努力的去学习更多的知识充实自己。这次课程设计让我学到了很多，不仅是巩固了先前学的数电的理论知识而且也培养了我的动手能力，更令我的创造性思维得到拓展。希望今后类似这样课程设计、类似这样的锻炼机会能更多些。通过本次光电报警器的设计，对光电知识的实际应用有了更深刻的理解和体会，这次课程设计，不

14、仅提高了动手能力，对设计的整个流程有了一定的了解，更了解到了光电知识应用的广泛性和前景。设计的成功，极大地提高了自信心，促进了对光电的学习兴趣，明白了理论联系实际的重要性。此次设计清楚了一项设计的整体流程：明确设计要求、功能及功能模块的设计，查阅相关资料并确定元器件，电路连接、调试、调整改进与检查，电路成型，总结；设计电路时，和搭档上网查阅了很多资料，这培养了搜索的能力，开拓了视野。调试过程中掌握了一些电路调试的方法和规律，同时也掌握了如何来检查和排除实验中的所遇到的一些常见故障，明白了动手的重要性，懂得了实践出真知的道理。电路的连接和调试极大地提高了动手实践能力，这也是目前较为缺乏的。作为工科的学生，就应该具备这样的动手能力。最后，设计报告的制作还培养了整理知识的能力。总之，这次设计，认识到了知识的局限性，培养了动手能力，懂得了团队合作精神，对今后的学习起到了极大的促进作用。 参考文献1 高吉祥. 电子技术基础实验与课程设计M. 北京: 电子工业出版社,20022 邱关源. 电路（第五版）M. 北京: 高等教育出版社, 20063 胡斌. 图表细说电子元器件M. 北京: 电子工业出版社, 20084 郑步生. Multisim200