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1、摘 要本文設(shè)計(jì)了一種光電式報(bào)警器，該報(bào)警器通過(guò)使用紅外線發(fā)射二極管和紅外線接收二極管等感光器件組成的光電轉(zhuǎn)換電路，可以探測(cè)出光線是否被遮擋的信息，并通過(guò)把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)來(lái)把這種信息傳遞至聲光報(bào)警電路，以實(shí)現(xiàn)報(bào)警器報(bào)警的功能。其中傳感器是指能感受規(guī)定的被測(cè)量并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。光電式傳感器是將光通量轉(zhuǎn)化為電量的一種傳感器，光電報(bào)警器是光電二極管和報(bào)警器的靈活結(jié)合，它可以運(yùn)用到各種生產(chǎn)線上，如博物館里的防盜系統(tǒng)，并提示物品被盜地點(diǎn)，安全性能高，節(jié)約了人力資源，并且不易出錯(cuò)；還能運(yùn)用到其它人力不能監(jiān)測(cè)的環(huán)境。顯而易見，光電報(bào)警器的運(yùn)用能延伸到

2、社會(huì)的各個(gè)行業(yè)。關(guān)鍵字： 光電轉(zhuǎn)換 ；聲光報(bào)警電路 ；光電報(bào)警器； 第 1 頁(yè) 共 16 頁(yè)ABSTRACTThis paper designed a photoelectric alarms, the alarm by using infrared emitting diode and infrared receiving diode composed of photosensitive components such as photoelectric conversion circuit, can detect the light is obscured information, and

3、through the converts light signals into electrical signals to pass this information to the sound and light alarm circuit, in order to realize the function of the alarm. One sensor can sense refers to the rules be measured and to convert the available output signal according to certain rule of device

4、 or devices. Usually consists of sensitive components and conversion components. Photoelectric sensor is power flux can be converted to a sensor, photoelectric detector is a flexible combination of photoelectric diode and alarm, it can be applied to all kinds of production line, such as the museum o

5、f anti-theft system, and presented items stolen, safety performance is high, save human resources, and less error-prone; Can also apply to other human can't monitor the environment. It is obvious that the use of photoelectric detector can extend to society of each industryKeywords ：Photoelectric

6、 conversion ；Sound and light alarm circuit ；Photoelectric detector ；第 II 頁(yè) 共 II頁(yè)第1章 緒論1.1 設(shè)計(jì)目的及意義近年來(lái)，隨著改革開放的深入發(fā)展，電子電器的飛速發(fā)展.人民的生活水平有了很大提高。各種高檔家電產(chǎn)品和貴重物品為許多家庭所擁有。然而一些不法分子也是越來(lái)越多。這點(diǎn)就是看到了大部分人防盜意識(shí)還不夠強(qiáng).造成偷盜現(xiàn)象屢見不鮮。因此，越來(lái)越多的居民家庭對(duì)財(cái)產(chǎn)安全問(wèn)題十分擔(dān)憂報(bào)警器這時(shí)正為人們解決了不少問(wèn)題.但是市場(chǎng)上的報(bào)警器大部分都是用于一些大公司財(cái)政機(jī)構(gòu)。價(jià)格高昂,一般人們難以接受。如果再設(shè)計(jì)和生產(chǎn)一種價(jià)廉、性能

7、靈敏可靠的防盜報(bào)警器，必將在防盜和保證財(cái)產(chǎn)安全方面發(fā)揮更加有效的作用。由于聲控報(bào)警器體積小，靈敏度高具有很強(qiáng)的隱蔽性和保密性，因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。聲控報(bào)警器大多數(shù)采用國(guó)外的先進(jìn)技術(shù),其功能也非常先進(jìn)。其中包括腳步觸發(fā)報(bào)警器，汽車報(bào)警器，聲控語(yǔ)音報(bào)時(shí)鐘，“聲控?zé)簟钡确犀F(xiàn)在人們提倡的節(jié)能意識(shí)的產(chǎn)品更是受到現(xiàn)代人的青睞。此外，其價(jià)格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定等特點(diǎn)也受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎。1.2 發(fā)展前景及現(xiàn)狀隨著社會(huì)上各行各業(yè)的蓬勃發(fā)展，報(bào)警器已經(jīng)在人們的日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用，如汽車、摩托車報(bào)警器，倉(cāng)庫(kù)大門，以及各行業(yè)安全系統(tǒng)中，幾乎無(wú)一例外地使用了報(bào)警器電路。隨著

8、社會(huì)科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對(duì)報(bào)警器的性能提出了越來(lái)越高的要求。然而傳統(tǒng)的觸摸式、開關(guān)式報(bào)警器等，雖然具有性能穩(wěn)定、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，但是也具有應(yīng)用范圍窄等缺點(diǎn)，而且安全性能也不是很好。光電報(bào)警就很好的改善了這點(diǎn)。如今，光電報(bào)警器已經(jīng)廣泛應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、自動(dòng)化儀表、醫(yī)療電子設(shè)備等領(lǐng)域。本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)借助于模擬電路和數(shù)字邏輯電路，采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，使設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單、方便、靈活性強(qiáng)。電路簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)，工作穩(wěn)定，因此可以得到廣泛的應(yīng)用。本文設(shè)計(jì)的光電報(bào)警器是光電二極管和報(bào)警器的靈活結(jié)合，它可以運(yùn)用到各種生產(chǎn)線上，如博物館里的防盜系統(tǒng)，并提示物品被盜地點(diǎn)，安全性能高，節(jié)約了人力資源，并且不易出錯(cuò)；還能

9、運(yùn)用到其它人力不能監(jiān)測(cè)的環(huán)境。顯而易見，光電報(bào)警器的運(yùn)用能延伸到社會(huì)的各個(gè)行業(yè)。第2章 光電報(bào)警器的基本原理2.1 光電報(bào)警器基本原理光電報(bào)警器的主要部分是光電傳感器。傳感器是指能感受規(guī)定的被測(cè)量并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。傳感器的原理有各種各樣，其中光電式傳感器，是將光通量轉(zhuǎn)化為電量的一種傳感器，光電式傳感器的基礎(chǔ)是光電轉(zhuǎn)換元件的光電效應(yīng)。由于光電測(cè)量方法靈活多樣，可測(cè)參數(shù)眾多，一般情況下具有非接觸、高精度、高變率、高可靠性和反應(yīng)快等特點(diǎn)，加之激光光源、光柵、光學(xué)碼盤、CCD器件、光導(dǎo)纖維等的相繼出現(xiàn)和成功應(yīng)用，使得光電傳感器的內(nèi)容及其豐富，在檢

10、測(cè)和控制領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。2.2光敏二極管原理光敏二極管的結(jié)構(gòu)與一般二極管相似。它裝在透明玻璃外殼中,其PN結(jié)裝在管的頂部,可以直接受到光照射。光敏二極管在電路中一般是處于反向工作狀態(tài),在沒有光照射時(shí),反向電阻很大,反向電流很小,這反向電流稱為暗電流。當(dāng)光照射在PN結(jié)上時(shí),光子打在PN結(jié)附近,使PN結(jié)附近產(chǎn)生光生電子和光生空穴對(duì)。它們?cè)赑N結(jié)處的內(nèi)電場(chǎng)作用下作定向運(yùn)動(dòng),形成光電流。光的照度越大,光電流越大。因此光敏二極管在不受光照射時(shí),處于截止?fàn)顟B(tài),受光照射時(shí),處于導(dǎo)通狀態(tài)。2.3光電轉(zhuǎn)換原理根據(jù)PN結(jié)反向特性可知，在一定反向電壓范圍內(nèi)，反向電流很小且處于飽和狀態(tài)。此時(shí)，如果無(wú)光照射PN結(jié)

11、，則因本征激發(fā)產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)數(shù)量有限，反向飽和電流保持不變，在光敏二極管中稱為暗電流。當(dāng)有光照射PN結(jié)時(shí)，結(jié)內(nèi)將產(chǎn)生附加的大量電子空穴對(duì)（稱之為光生載流子），使流過(guò)PN結(jié)的電流隨著光照強(qiáng)度的增加而劇增，此時(shí)的反向電流稱為光電流。不同波長(zhǎng)的光（蘭光、紅光、紅外光）在光敏二極管的不同區(qū)域被吸收形成光電流。被表面P型擴(kuò)散層所吸收的主要是波長(zhǎng)較短的蘭光，在這一區(qū)域，因光照產(chǎn)生的光生載流子（電子），一旦漂移到耗盡層界面，就會(huì)在結(jié)電場(chǎng)作用下，被拉向N區(qū)，形成部分光電流；彼長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅光，將透過(guò)P型層在耗盡層激發(fā)出電子一空穴對(duì)，這些新生的電子和空穴載流子也會(huì)在結(jié)電場(chǎng)作用下，分別到達(dá)N區(qū)和P區(qū)，形成光電流。

12、波長(zhǎng)更長(zhǎng)的紅外光，將透過(guò)P型層和耗盡層，直接被N區(qū)吸收。在N區(qū)內(nèi)因光照產(chǎn)生的光生載流子（空穴）一旦漂移到耗盡區(qū)界面，就會(huì)在結(jié)電場(chǎng)作用下被拉向P區(qū)，形成光電流。因此，光照射時(shí)，流過(guò)PN結(jié)的光電流應(yīng)是三部分光電流之和。2.4 光敏二極管伏安特性曲線 圖2.1 光敏二極管的伏安特性曲線第3章 系統(tǒng)組成及工作原理3.1 整體框圖設(shè)計(jì) 報(bào) 警 器 報(bào) 警 器 控 制 穩(wěn) 壓 電 源 光 電 轉(zhuǎn) 換 譯 碼 輸 出·圖3-1 系統(tǒng)原理圖3.2方案論證方案一：用光敏電阻組成光敏探測(cè)器。光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。當(dāng)光敏電阻受到光照射或在被遮擋的環(huán)境下，阻值發(fā)生明顯變化。將阻值變

13、化通過(guò)比較器就可以輸出高低電平了。但是這種方案受光照影響很大，不能夠穩(wěn)定工作。因此我考慮其他更加穩(wěn)定的方案。方案二：用紅外發(fā)射管和接收管自己制作光電對(duì)管傳感器。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線在光亮的環(huán)境時(shí)，若紅外接收管能夠接收到反射回來(lái)的光線則檢測(cè)出在有光的環(huán)境，繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則檢測(cè)出在黑暗的環(huán)境，繼而輸出高電平。這樣自己自作的光電報(bào)警器能夠滿足要求。并且工作穩(wěn)定，且影響小，價(jià)格實(shí)惠。 基于以上分析擬定方案二，由紅外對(duì)管做為系統(tǒng)傳感器的部分，采集哪路光路被遮擋與否防盜報(bào)警器各部分電路設(shè)計(jì)3.2.1 光電信號(hào)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)光檢測(cè)電路主要由光敏電阻組成，即

14、利用光敏電阻在亮暗的環(huán)境中的阻值差異使路導(dǎo)通或截止。光電轉(zhuǎn)換采用光耦，光耦內(nèi)由發(fā)光二極管和光敏三極管構(gòu)成：采用5V直流供電，為防止光耦燒壞，應(yīng)該在二極管串聯(lián)一個(gè)510電阻。同時(shí)擋光的用具可以使用不透明的紙張，光耦中的小功率的發(fā)光二極管正常工作電流在10 mA 30mA范圍內(nèi)，根據(jù)歐姆定律，由I=U/R，U=5 V，10mA<I<30 mA，故與紅外發(fā)光二極管串聯(lián)的電阻值為510歐，光敏三管級(jí)管要串聯(lián)一個(gè)24千歐的電阻以防止被擊穿。當(dāng)接通電源的時(shí)候，發(fā)光管發(fā)光，光敏三極管的基極電流增加，發(fā)射結(jié)的電壓增大，當(dāng)超過(guò)三極管的導(dǎo)通電壓（一般為硅管為0.7V，鍺管為0.3V左右）時(shí)，三極管就會(huì)

15、導(dǎo)通，當(dāng)基極電流繼續(xù)增加時(shí)，三極管會(huì)飽和導(dǎo)通，此時(shí)三極管相當(dāng)于工作在開關(guān)的閉合狀態(tài)，B點(diǎn)相當(dāng)于直接接地，所以B點(diǎn)輸出為低電平“0”。當(dāng)一旦有東西遮在發(fā)光管和光敏三極管中間時(shí)，三極管的發(fā)射結(jié)電壓降低，達(dá)不到它的導(dǎo)通電壓，三極管截止，此時(shí)相當(dāng)于工作在開關(guān)的斷開狀態(tài)，B點(diǎn)電勢(shì)接近電源電壓即為高電平“1”。 圖3-1 光檢測(cè)電路設(shè)計(jì)圖3.3 報(bào)警器模塊方案一：采用揚(yáng)聲器作為系統(tǒng)報(bào)警，電路要增加元器件，并且揚(yáng)聲器占用空間大，重。價(jià)格相對(duì)其它報(bào)警設(shè)備價(jià)格略貴，超出了我的預(yù)算。所以放棄此方案。 方案二：采用無(wú)緣蜂鳴器，價(jià)格便宜，體積小，攜帶方便，報(bào)警聲音清晰，但是要增加驅(qū)動(dòng)電路方可正常工作。

16、60;方案三：采用有源蜂鳴器，價(jià)格價(jià)格便宜，體積小，攜帶方便，報(bào)警聲音清晰，直接與輸出信號(hào)引腳相連就可以工作了。電路簡(jiǎn)單。 基于以上分析擬定方案三，作為系統(tǒng)的報(bào)警3.3.1報(bào)警電路設(shè)計(jì)報(bào)警電路接收控制電路信號(hào)，將揚(yáng)聲器正確連接就可以達(dá)到要求。 圖3-3 報(bào)警電路設(shè)計(jì)圖3.4 穩(wěn)壓模塊由于本系統(tǒng)需要電池供電，我考慮了如下幾種方案為系統(tǒng)供電。 方案一：采用4節(jié)1.5V干電池供電，電壓達(dá)到6V，給系統(tǒng)供電，但是干電池電量有限，隨著工作時(shí)間，電壓會(huì)慢慢降低。使用干電池給系統(tǒng)供電給系統(tǒng)調(diào)試帶來(lái)很大的不便，因此，我放棄了這種方案。方案二;采用集成穩(wěn)壓芯片LM7805CV，穩(wěn)壓輸出+5V

17、電壓給系統(tǒng)供電。7805輸出1A的電流，足以提供系統(tǒng)工作所需要的電流。而且只要帶上變壓器，穩(wěn)壓芯片就可以穩(wěn)定輸出+5V電壓了。基于以上分析擬定方案二，作為系統(tǒng)工作時(shí)的電源。3.4 .1控制部分電路設(shè)計(jì)此部分的電路主要器件是成電路KD9561的控制端來(lái)控制是否輸出，用KD9561的輸出端來(lái)產(chǎn)生脈沖信號(hào)。KD9561用途多用于四聲模擬電路。其基本參數(shù)為：三極管一半選擇8505或者9013.。帶O字母的引腳有3個(gè)，其中兩個(gè)是晶振頻率外接振蕩電阻的6、7引腳（OSC），還有一個(gè)是OUT引腳（3腳），就是三極管極電管信號(hào)放大輸出腳。 圖3-2 KD9561結(jié)構(gòu)原理圖3.5 整體電路圖圖3-4 防盜報(bào)警器

18、整體電路圖3.5.1整體電路工作原理 圖3-4為該報(bào)警器電路圖。光敏二極管VD、晶體三極管VT1和電阻R1組成光控開關(guān)；集成電路IC、晶體三極管VT2和揚(yáng)聲器Y組成了報(bào)警電路。平時(shí)開關(guān)SA受抽屜的推力作用而斷開，整個(gè)報(bào)警電路不工作，在白天打開抽屜時(shí)，盡管開關(guān)SA被接通，但因光敏二極管RG受光照，它的阻值變小，晶體三極管VT1處于截止?fàn)顟B(tài)，報(bào)警電路不工作，揚(yáng)聲器不發(fā)音，當(dāng)夜晚打開抽屜時(shí)，光敏二極管RG沒有較強(qiáng)光線照射，阻值變大，晶體三極管VT1獲得合適偏流而導(dǎo)通，集成塊IC得到工作電壓，報(bào)警電路即工作。其輸出模擬警車電笛的音頻信號(hào)，并經(jīng)晶體三極管VT2放大后，推動(dòng)揚(yáng)聲器Y發(fā)出響亮的警笛聲來(lái)。第4

19、章 制作與調(diào)試4.1 制作1.RG選用2CU型光敏二極管。 2.IC選用KD9561型四聲模擬報(bào)警器音響集成塊。 3.VT1、VT2均選用3DG201硅三極管。 4.R1和R2均用1/8碳膜電阻。 5.Y采用2.5英寸電動(dòng)揚(yáng)聲器，阻抗為8。6.電源用3節(jié)5號(hào)干電池。 7.SA采用小型自復(fù)位常閉觸點(diǎn)微動(dòng)按鈕開關(guān)。 元件買在安裝前利用萬(wàn)用表等設(shè)備進(jìn)行測(cè)量，看其數(shù)值，參數(shù)等是否符合要求，然后進(jìn)行安裝。4.2 調(diào)試按著設(shè)計(jì)完成的電路總圖，對(duì)元器件進(jìn)行焊接。準(zhǔn)備焊接時(shí)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

20、以觸到被焊元器件的焊錫處，以免烙鐵頭伸向焊接處時(shí)燙壞其他元器件。焊接新的元器件時(shí)，應(yīng)對(duì)元器件的引線鍍錫。加熱焊接時(shí)，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。焊接元?dú)饧倪^(guò)程之中焊接時(shí)間應(yīng)在2-4秒。焊接時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，否則不僅會(huì)燒毀元?dú)饧⒍乙资购更c(diǎn)容易脆裂。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(dòng)元器件，看是否可以取下。4.3 焊接電路注意事項(xiàng)電路的搭建是在面板上完成的，必須弄清楚面板的內(nèi)部鏈接關(guān)系，以免造成電路的短路或者斷路。在連接電路時(shí)，常出現(xiàn)導(dǎo)線雖已插入插孔，但未能與面板內(nèi)部鐵片緊密接觸，是電路無(wú)法形成通路，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象無(wú)法出現(xiàn)。由于電路較為復(fù)

21、雜，連線較多，在實(shí)際連接時(shí)要十分注意導(dǎo)線兩側(cè)管腳是否接通。4.4 檢查焊點(diǎn)若所焊部位焊錫過(guò)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(lái)。若焊點(diǎn)焊錫過(guò)少、不圓滑時(shí)，可以用電烙鐵頭"蘸"些焊錫對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)焊?？春更c(diǎn)是否圓潤(rùn)、光亮、牢固，是否有與周圍元器件連焊的現(xiàn)象。焊點(diǎn)是否有錯(cuò)焊、漏焊、虛焊和連焊，焊點(diǎn)周圍是否有焊劑殘留物，焊接部位有無(wú)熱損傷和機(jī)械損傷現(xiàn)象。4.5調(diào)試按照電路圖進(jìn)行電路連接，在電路連線時(shí)一定要十分仔細(xì)，為減少連線對(duì)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(duì)電路進(jìn)行徹底檢查，以

22、免電路連接錯(cuò)誤，導(dǎo)致器件或試驗(yàn)設(shè)備的損壞。光敏電阻使用時(shí)應(yīng)注意避免入射光線受外界雜散光的影響。電路的調(diào)試應(yīng)該按電路的功能進(jìn)行調(diào)試。首先調(diào)試光電檢測(cè)電路，調(diào)試的重點(diǎn)是KD9561報(bào)警集成電路的調(diào)節(jié)，調(diào)試完成之后，閃光報(bào)警電路就會(huì)正常工作。 結(jié) 論通過(guò)本次光電報(bào)警器的設(shè)計(jì)，使我對(duì)光電知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用有了更深刻的理解和體會(huì)，這次課程設(shè)計(jì)，不僅提高了我的動(dòng)手能力,使我對(duì)設(shè)計(jì)的整個(gè)流程有了一定的了解，更使我了解到了光電知識(shí)應(yīng)用的廣泛性和前景。設(shè)計(jì)的成功，極大的提高了的我的自信心，促進(jìn)了我對(duì)光電的學(xué)習(xí)興趣，使我明白了理論聯(lián)系實(shí)際的重要性。再者通過(guò)這次實(shí)習(xí)鍛煉了自己的動(dòng)手及查資料的能力。也體會(huì)到了成功帶來(lái)了的喜悅。可以說(shuō)是獲益非淺。再次反過(guò)來(lái)思考這個(gè)電路圖，整個(gè)電路簡(jiǎn)單明了，可以根據(jù)此電路圖應(yīng)用到實(shí)際中去，紅