光電檢測技術(shù)課程設(shè)計(jì) -庭院報警器電路設(shè)計(jì).doc

東 北 石 油 大 學(xué)課 程 設(shè) 計(jì)課 程 光電檢測技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題 目 庭院報警電路設(shè)計(jì) 院 系 電子科學(xué)學(xué)院 專業(yè)班級 應(yīng)物07-2班 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號 060901340212 指導(dǎo)教師 2011年 3 月 10 日東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程 光電檢測技術(shù)題目 庭院報警電路設(shè)計(jì)專業(yè) 應(yīng)用物理 姓名 學(xué)號060901340212主要內(nèi)容：利用激光電筒光敏三極管及555專用集成電路，設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)光電轉(zhuǎn)換電路、控制電路。（4）對電路進(jìn)行仿真研究。（5）完成課程設(shè)計(jì)總結(jié)報告。主要參考資料：1 肖景和編著，集成運(yùn)算放大器應(yīng)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(shí)例m.北京:國防工業(yè)出版社 2006.4.3 黃繼昌等編著，實(shí)用報警電路m.北京:人民郵電出版社, 2005.2,200.完成期限 指導(dǎo)教師 專業(yè)負(fù)責(zé)人 2010年3月10日目錄第1章 概述11.1 庭院報警器的實(shí)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)43.1 光電轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)43.2 驅(qū)動電路設(shè)計(jì)53.3 放大電路設(shè)計(jì)83.4 庭院防盜報警電路設(shè)計(jì)8第4章 安裝與調(diào)試104.1 測試元器件104.2 搭建電路104.3 調(diào)試10第5章 結(jié)論11參考文獻(xiàn)12第1章 概述1.1 庭院報警器報警的實(shí)用價值隨著社會的不斷進(jìn)步,電子技術(shù)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(cái)產(chǎn)安全.在本文中,介紹一種利用光敏三極管傳感器進(jìn)行安全檢測監(jiān)控,并進(jìn)行報警的系統(tǒng)的設(shè)計(jì).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(jìn)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(diǎn),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(shè)計(jì)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(dǎo)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(dǎo)體基片上制作兩個相距很近的pn結(jié)，兩個pn結(jié)把正塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有pnp和npn兩種，從三個區(qū)引出相應(yīng)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(jié)叫發(fā)射結(jié)，集電區(qū)和基區(qū)之間的pn結(jié)叫集電極?；鶇^(qū)很薄，而發(fā)射區(qū)較厚，雜質(zhì)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(jié)在正向電壓下的導(dǎo)通方向。 當(dāng)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(qiáng)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(shè)計(jì)思路如圖2.2所示是否有人進(jìn)入庭院.初始化報警是否 圖2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路圖系統(tǒng)由人為啟動,初始化時延遲一段時間,然后進(jìn)入警戒狀態(tài),檢測在規(guī)定范圍內(nèi)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(zhì)：硬質(zhì)鋁 外觀表面處理：陽極氧化黑開關(guān)方式：輕觸式開關(guān)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 v=10v1.5開關(guān)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(yīng)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(diào)光、調(diào)溫、調(diào)壓、調(diào)速等多種控制及計(jì)量檢測。此外，還可以組成脈沖振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)和脈沖調(diào)制電路，用于交流信號源、電源變換、頻率變換、脈沖調(diào)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(nèi)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(fù)雜，是模擬電路和數(shù)字電路的混合體。 第3章 各部分電路設(shè)計(jì)3.1 光電轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 如圖3.1所示，光電轉(zhuǎn)換采用光敏三極管構(gòu)成。當(dāng)光敏三極管受到光照時a、b極相當(dāng)于短路，當(dāng)光敏三極管被遮擋是a、b極相當(dāng)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(shí)際上這部分是實(shí)現(xiàn)了把電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的功能。a激光電筒r1bvt13durp2rp1r2圖3.1光電轉(zhuǎn)換電路電路圖 3.2 驅(qū)動電路設(shè)計(jì) 驅(qū)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(dāng)2腳，即比較器a2的反相輸入端加進(jìn)電位低于vdd的觸發(fā)信號時，則vt9、vtll導(dǎo)通，給雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中的vtl4提供一偏流，使vtl4飽和導(dǎo)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(dǎo)通，vt20完全飽和導(dǎo)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?zhàn)饔?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(dāng)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(dāng)觸發(fā)信號加到6腳時，且電位高于vdd時，則vtl、vt2、vt3皆導(dǎo)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(dǎo)通，導(dǎo)致vtl7截止，進(jìn)而vtl8導(dǎo)通，vtl9、vt2。都截止，vt21飽和導(dǎo)通，故3腳輸出低電平。當(dāng)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(dǎo)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，vtl8的導(dǎo)通，使放電級vt6飽和導(dǎo)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(dāng)6腳的電位高于vdd時，即有觸發(fā)信號加進(jìn)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(fù)位端。當(dāng)在該腳加有觸發(fā)信號，即其電位低于導(dǎo)通的飽和壓降0.3v時，vt8導(dǎo)通，其發(fā)射極電位低于lv，因有d3接入，vtl7為截止?fàn)顟B(tài)，vtl8、vt21飽和導(dǎo)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(dāng)復(fù)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(nèi)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(nèi)含兩個比較器a1和a2、一個觸發(fā)器、一個驅(qū)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(gòu)成的分壓器設(shè)定的vdd和vdd。參考電壓所限定。為進(jìn)一步理解其電路功能，并靈活應(yīng)用555集成塊，下面簡要說明其作用機(jī)理。從圖15可見，三個5k電阻組成的分壓器，使內(nèi)部的兩個比較器構(gòu)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(fù)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(dāng)電位高于反相端5腳的電位時，rs觸發(fā)器才翻轉(zhuǎn)；而加到比較器a2反相端2腳的觸發(fā)信號，只有當(dāng)電位低于a2同相端的電位vdd時，rs觸發(fā)器才翻轉(zhuǎn)。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(qū)動電路圖3.3 放大電路設(shè)計(jì) “放大”的本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)能量的控制，即能量的轉(zhuǎn)換：用能量比較小的輸入信號來控制另一個能源，使輸出端的負(fù)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(shè)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(shè)置在庭院內(nèi)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(dá)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(dāng)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、6腳變?yōu)榈碗娖?，?腳輸出高電平，使vt2導(dǎo)通，繼電器k1得電工作，其觸點(diǎn)k1-1閉合，使繼電器k1自鎖，觸點(diǎn)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(diào)試4.1 測試元器件進(jìn)過使用萬用表及相關(guān)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(shè)計(jì)電路圖進(jìn)行正確電路搭建。準(zhǔn)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(yīng)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(diǎn)焊錫過少、不圓滑時,可以用電烙鐵頭蘸些焊錫對焊點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)焊。檢查焊點(diǎn):看焊點(diǎn)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(diào)試 調(diào)試是本課程最后一步工作，也是設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。按照電路圖進(jìn)行電路連接，在電路連線時，一定要十分仔細(xì)，為減少連線對電路的干擾，連線要盡量減少交叉，在進(jìn)行通電調(diào)試之前，要對電路進(jìn)行反復(fù)徹底檢查，以免電路連接錯誤而導(dǎo)致器件或試驗(yàn)設(shè)備的損壞。第5章 結(jié)論經(jīng)過為期一周的閃光報警電路的設(shè)計(jì)過程，查閱資料、小組討論，課程設(shè)計(jì)基本取得成功，已經(jīng)達(dá)到預(yù)期的報警要求。本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)主要在于它具有體積小重量輕、功耗低、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，在焊接過程中由于焊點(diǎn)焊錫過少、不圓滑時,導(dǎo)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(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)焊。經(jīng)重新調(diào)試，最終使報警器達(dá)到預(yù)期要求。通過這次課程設(shè)計(jì),我學(xué)到了很多書本上沒有的實(shí)際的知識,熟悉了一些元器件、芯片在工程中的靈活運(yùn)用。在設(shè)計(jì)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(guān)資料對以后的學(xué)習(xí)及工作是很有幫助的。最重要的是我學(xué)會了自學(xué)的方法，這將使我今后離開學(xué)校，踏上社會是相當(dāng)有幫助的。其次是進(jìn)一步熟練地掌握和運(yùn)用了相關(guān)的專業(yè)軟件，提高了我們自身的專業(yè)素質(zhì)。這也是我們工科學(xué)生所必須掌握的基礎(chǔ)技能。同時也深深的體會到，我們書本上所學(xué)的知識和實(shí)際的東西相差甚遠(yuǎn)，我們所不懂的知識還有很多，因此今后我們要更加注重實(shí)際方面的鍛煉和運(yùn)用。參考文獻(xiàn)1 肖景和編著，集成運(yùn)算放大器應(yīng)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(shí)例m.北京:國防工業(yè)出版社 2006.4.3 黃繼昌等編著，實(shí)用報警電路m.北京:人民郵電出版社, 2005.2