光电式报警器模板课程设计分解

1、课程设计说明书摘要本文设计了一种光电式报警器， 该报警器通过感光器件组成的光电转换电路，可能实现在光电具有以探测出光线是否被阻挡的信息，并通过把光信号转换成电信号来把这种信息传递至 后面的数码显示电路以及声光报警电路以实现控制数码管的显示与报警器报警的功 能。其中声光报警部分通过555定时器组成的多谐振荡器来控制蜂鸣器发出鸣叫声和 发光二极管发出光亮来代替报警效果。 整个设计利用了部分数字逻辑电路， 报警过程中同时显示对应路数的功能。且该报警器的设计采用模块化结构，即： 转换模块、报警模块和显示模块。各单元电路功能结构相对独立，可扩充性强， 很高的经济利用价值。关键词：数码显示，555多谐振荡

2、，光电转换，声光报警光电式报警器22刖言第一章基本设计任务及要求1.1基本设计要求第二章电路设计原理2.1系统工作原理及其组成2.2元器件介绍2.3单元模块目录2.3.1光电转换模块 2.3.2数字显示模块 2.3.3声光报警模块2.4电路总体设计第三章电路焊接与调试103.1焊接注意要点103.2电路调试11第四章实验结论11参考文献12附录一方案总实物图13附录二元器件清单15、才、刖言报警器分为机械式报警器和电子报警器。经常应用于系统故障、安全防范、交通 运输、医疗救护、应急救灾、感应检测等领域。随着社会科学技术的迅速发展，人们对报警器的性能提出了越来越高的要求。 传统的报警器通常采用触

3、摸式、开关报警器 等。这类报警器具有性能稳定、实用性强等特点，但是也具有应用范围窄等缺点，而 且安全性能也不是很好。本次课程设计的题目是“光电报警器”，光电报警就很好的改善了这些方面。如今，光电报警器已经广泛应用到工农业生产、自动化仪表、医疗 电子设备等领域本实验的设计借助于模拟电路和数字逻辑电路，采用模块化的设计思想，使设计变得简单、方便、灵活性强。电路简单容易实现，工作稳定，因此得到了 广泛的应用。在当今高速发展的社会中，入室盗窃率的不断提高。家、学校宿舍、办公室的财 产安全存在很多的隐患，当家中无人或仅有老人孩子在家或者在家熟睡， 必须确保家 庭成员和财产的安全。众多住宅小区，学校宿舍，

4、办公室的安防主要是依靠安装防盗 门、防盗窗以及人工防范来实现的。 这样不仅有碍美观，而且还不能有效地防止小偷 的侵入，而光电报警器就可很好解决这个问题。 所以现在可以在窗户和门上安上这种 光电报警器，这样可以更有效地防盗，并且还可以通过无线主机，实现远程监控，减 少不少物力和财力，它可广泛地应用于智能化小区，宿舍，办公室，金融部门的储蓄 网点，写字楼，仓库，企事业单位等分散营业场所的安全防范中。第一章基本设计任务及要求1.1 基本设计要求1. 设计双光路结构，当任一光路被遮挡时，报警器发出间歇式声光报警。2. 数码管显示被遮挡的路数，无遮挡时数码管显0，1路被遮挡时数码管显1, 2路被 遮挡时

5、数码管显2,同时被遮挡时数码管显3。3输入电压为5V,输入电流为0.5A。第二章2.1系统工作原理及其组成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。图2.1 工作原理框图2.2元器件介绍1 光耦（H92B4光耦原理图见图2.3.1 0光耦的型号为H92B4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

6、源，并要加限流电阻。图 2.2.12.或门（74LS32）74LS32管脚图如图2.3-2所示:74LS32管脚图A4 V4 B3 A3 Y3图 2.2.2Vcc74LS32为四2输入或门。VCC为电源正极实现逻辑为：Y=A+B其中A，B为输入端，丫为输出端，GND为电源负极，3. 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，本品米用的是 74LS4 &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，

7、以保护数码管不被烧坏，倘若数码管显示的过亮了就要增大电阻的阻值。74LS48 管脚图如图2.3.3所示:4.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, 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 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只是它们的电源极性LED组合排列成“ 8”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。图2.3-4为数码管的内部结构。直 beds £ghJ 0 p O pGMD艾阴极T段数码管4 b C dhh0、岁5砂'岁盘用、岁6 +5V共阳极T段数码昔图2.2.4 :数码管内部结构本

8、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 +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，相应字段就不亮。怎样测量数码管引脚，分共阴和共阳？找公共共阴和公共共阳首先，我们找个电源（3到5伏）和1个1K （几百的也欧的也 行）的电阻， VCC串接个电阻后和GNDi在任意2个脚上，组合有很多，但总有一 个LED会发光的找到一个就够了，然后用GNDf动，VC（串电阻）逐个碰剩下的脚, 如果有多个LED（ 般是8个），那它就是共阴的了。相反用 VCC不动，GND逐个碰剩下的脚，如果有多个LED （般是8个），那它就是共阳的。也可以直接用数字

9、万用 表，红表笔是电源的正极，黑表笔是电源的负极。5. 555定时器555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺 制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。 555定时器可在4.5V16V工作，7555可在318V工作，输出驱 动电流约为200mA因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。图2.3.5为555定时器的内部结构及管脚排列。> 1Rla)Pl图225 : 555定时器内部结构（273农64百a）及管脚排列（b）555定时器只需外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器

10、及 施密特触发器等脉冲产生与变换电路。555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS触发 器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器A1的 反相输入端的电压为2VCC/3，A2的同相输入端的电压为VCC3。若触发输入端TR 的电压小于 VCC /3，贝吐匕较器A2的输出为1 ,可使RS触发器置1，使输出端 0UT=1如果阈值输入端 TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于 VCC /3， 则A1的输出为1，A2的输出为0 ,可将RS触发器置0 ,使输出为0电平。2.3单元模块2.3.1光电转换模块:由于发光二极管的工作电压大约在 2.

11、5V，工作电流大约在4到10mA并且电源电压为 5V,所以 R3=（5V-2.5V） / （4mA10mA=250Q625Q，设计中选了 240Q 限 流电阻，选510Q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 20KQ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点输出为低电平“ 0”当一旦有

12、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”232数字显示模块U3A ecdff5VOB DCOOOC orOU74LS48n吵V*R6 3900 =-Wr-R5 330ft72G R7 330nrAW- 节一帕irmJM330nA%330njy"Vv%R113300一VA0U5图 2.3.2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

13、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3。2.3.3声光报警模块vcc:R6IQurh 1iiinR5Wurh I'lm"All.-VEt EST - - -OUT BI3 - TM - - TRI CONLUTi ；§LED1BUZZER200 HitJUALU6Z4：:G3=1：uF :r -G4iWnF：555 VIR7 lOiim 1um：图 2.3.3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，

14、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 (公式 2.4.3 1)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200kQ和100kQ，C1适中取1uF，间歇报警的周期为 0.7* (200kQ +100 kQ *2) *1uF=0.28s,频率约为 1/0.28s=3.5Hz。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

15、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。2.4电路总体设计图 2.4.1电路总体设计电路图见图2.4.1。根据设计要求没有光路被遮挡时数码管显示0,光路1被遮挡时数码管显示1,光路2被遮挡时数码管显示2,两条光路都被遮挡时数码管显示3,所以可以得到一真值表见表2.4.1。表24174LS32 374LS32 674LS48 A74LS48 B0000010110101111根据真值表可以得，直接将74LS48芯片A端与74LS32芯片的3脚相连，74LS48

16、芯 片B端与74LS32芯的6脚相连即可。当两条光路中有一条或全部被遮挡住时， 就发出声光报警，即两条光路中只要有一条 输出为“ 1”时555的4端口就输入“ 1”，可以根据此要求列出真值表见表 2.4.2。表 2.5.2ABC000011101111根据真值表可得C=A+B所以在A B与C之间用或门74LS32来连接。 综上所述，电路设计完毕。第三章电路焊接与调试3.1焊接注意要点焊接时，每焊接完一个模块都要进行调试。 不要把所有的电路全部焊接完了再进 行调试，否则如果出现问题将会很难查出来，而且还会给修改电路带来不必要的麻烦。 芯片的管脚要正确读取，接电源的管脚和接地的管脚不搞反了。 万能

17、板上的电源线和 地线要分清楚，焊接时千万不要搞错了。芯片的安装要注意芯片管脚和插座管脚要对应。 数码管的两个公共端要分别接电 阻后再接地。3.2电路调试调试用到的仪器有：数字万用表、5V直流稳压电源。调试分模块进行调试第一步 将光电转换部分焊接完毕后，接通电源，用数字万用表分别测试挡光和不挡 光A、B两点的电压，第一次测试结果是挡光和不挡光的电压值都一样，这说明电路 出现了问题，关闭电源，用万用表的蜂鸣档检查电路是否有短路和断路的地方，结果没有，然后又检查了是否将电路焊错了， 器件管脚是否搞错了，仔细一检查才发现是 将光耦中光敏三极管的发射极和集电极搞反了， 将电路改正后再次用万用表测试，结

18、果是不挡光时A=B=0.25V挡光时A=B=4.7V符合高低电平的要求，可以焊接下一个 模块。第二步 将数码显示部分的译码器和数码管焊接完毕后，一接通电源，数码管就显示0,用纸片遮挡住光路1,数码管显示1,遮挡住光路2,数码管显示2,同时遮挡， 数码管显示3,符合设计要求，说明数码显示这个模块没有出现问题，可以焊接下一 个模块。第三步 将74LS32和光电报警部分焊接完毕后，接通电源，声光报警部分不工作，用 纸片遮挡住光路1,发出间歇式声光报警，遮挡住光路 2,也发出间歇式声光报警， 同时遮挡，同样能发出间歇式声光报警，符合设计要求，这部分也没有出现问题，所 有电路全部焊接调试完毕。最后调试成

19、功后的电路实现的功能为：1. 当任一路光被遮挡时，报警器发出间歇式声光报警。2. LED显示被遮挡的路数，无报警显 0, 1路显1, 2路显2,同时遮挡显3。第四章实验结论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。在最后的调试过程中，我发现无论怎么调试，声光报警器始终不能按要求工作， 然后向同学和学长请教，但是他们也不能帮我解决这个问题， 后来实验室老师的帮助之下，终于把

20、电路调试好了。原来是网上的设计图有些许错误，把PNP三极管换成NPN三极管，在稍加改动电路，最后实物能按设计要求进行工作了。而且在调试过 程中，我又把之前遗忘的知识有复习了一遍，也从改电路图中学到了一些知识。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，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，培养了自己的动手能力，懂得