光電檢測(cè)報(bào)警器(最終稿2.0)

1、 桂林電子科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 14頁(yè) 共 14 頁(yè) 課程設(shè)計(jì)(論文)說(shuō)明書(shū)題 目： 光電檢測(cè)報(bào)警器 院 （系）： 信息與通信學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 學(xué)生姓名： 宋永勝 學(xué) 號(hào)： 1200220624 指導(dǎo)教師： 張法全 職 稱： 副教授 2014年 月 0 日摘 要本設(shè)計(jì)是基于紅外對(duì)管（反射式）和LM311電壓比較器的光電檢測(cè)報(bào)警器。紅外對(duì)管是紅外線發(fā)射管與光敏接收管，或者紅外線接收管，或者紅外線接收管配合在一起使用時(shí)候的總稱。本次設(shè)計(jì)使用紅外對(duì)管（反射式）構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換元件。LM311電壓比較器主要功能是電壓的比較。在本次設(shè)計(jì)中LM311的功能是比較兩輸入端電壓數(shù)值的高

2、低，使輸出翻轉(zhuǎn)，去控制蜂鳴器。LM311設(shè)計(jì)運(yùn)行在更寬的電源電壓：從標(biāo)準(zhǔn)的±15V運(yùn)算放大器到單5V電源用于邏輯集成電路 。其輸出兼容RTL,DTL和TTL以MOS電路。此外，LM311可以驅(qū)動(dòng)繼電器，開(kāi)關(guān)電壓高達(dá)50V，電流高達(dá)50mA。關(guān)鍵字：紅外對(duì)管；紅外線發(fā)射管；紅外線接收管；LM311電壓比較器；邏輯集成電路 AbstractThis design is the photoelectric detection alarm for pipe and the LM311 voltage comparator based infrared.Infrared tube i

3、s the infrared transmitting tube and an infrared photosensitive receiving tube, or an infrared receiving tube, or an infrared receiving head with term when used together. The design of infrared tube to form a photoelectric conversion element.The main function of LM311 voltage comparator voltage comp

4、arison, comparing the two input voltage value level, to make the output flip, to control the buzzer to achieve the purpose of control. The design and operation of LM311 in the power supply voltage and wider: from + 15V operational amplifier to standard single 5V power supply used in logic integrated

5、 circuit. The output is compatible with RTL, DTL and TTL in MOS circuit. In addition, LM311 can drive a relay, switch voltage up to 50V, current up to 50mA.Keywords: infrared emitting diode and a photosensitive receiving tube,；LM311 voltage comparator,；logic integrated circuit 目 錄 引言31 設(shè)計(jì)要求42 設(shè)

6、計(jì)思路42.1 整體設(shè)計(jì)框圖 42.2 設(shè)計(jì)方案的選擇與論證比較 42.2.1光電轉(zhuǎn)換模塊42.2.2報(bào)警器模塊52.3 硬件部分 52.3.1整體電路設(shè)計(jì)52.3.2光電轉(zhuǎn)換模塊62.3.3報(bào)警模塊83 相關(guān)參數(shù)計(jì)算 84 結(jié)論 9謝辭 11參考文獻(xiàn)12附錄 13引言 隨著社會(huì)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)品越來(lái)越成為家庭生活的必需品，由此人們對(duì)自己所居住環(huán)境的安全需求就越來(lái)越高,特別是家居安全，主人們要時(shí)刻留意不速之客的光顧自己家。為此許多小區(qū)，家庭，學(xué)校都安裝了報(bào)警系統(tǒng)，這能有效的保證居民的人身財(cái)產(chǎn)安全。該設(shè)計(jì)利用紅外對(duì)管的特性進(jìn)行安全檢測(cè)監(jiān)控

7、，并進(jìn)行報(bào)警的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。目前,在市場(chǎng)上所能見(jiàn)到的防盜報(bào)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(duì)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(wàn)別。其中紅外對(duì)管（反射式）進(jìn)行安全檢測(cè)報(bào)警的報(bào)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(chǎng)發(fā)展前景。1 設(shè)計(jì)要求光電檢測(cè)報(bào)警器要求： 設(shè)計(jì)一個(gè)光電檢測(cè)有無(wú)物體系統(tǒng)，當(dāng)一定距離內(nèi)有物體時(shí)（直線正對(duì)面），發(fā)出警報(bào)。2 設(shè)計(jì)思路2.1整體設(shè)計(jì)框圖是系統(tǒng)開(kāi)啟有無(wú)物體報(bào)警否報(bào)警 圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路圖2.2設(shè)計(jì)方案的選擇與論證比較2.2.1光電轉(zhuǎn)換模塊方案一： 用光敏電阻組成光敏探測(cè)器

8、。光敏電阻的阻值可以隨著周圍環(huán)境的改變而改變。當(dāng)光敏電阻受到光照射或被遮擋而處于陰暗面時(shí)，阻值會(huì)有明顯的變化，將這種阻值的變化通過(guò)比較器就可以輸出高低電平。但是這種方案受光照影響很大，不能穩(wěn)定工作。因此我考慮其他的更加穩(wěn)定的方案。方案二： 用紅外發(fā)射管和接收管制作紅外對(duì)管傳感器。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線在比較光亮的環(huán)境中，若接收管能接收到發(fā)射回來(lái)的紅外線則檢測(cè)出在有光的環(huán)境，進(jìn)而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的紅外線則檢測(cè)出在黑暗的環(huán)境，輸出高電平，這樣制作的光電檢測(cè)報(bào)警器就滿足了設(shè)計(jì)的要求，而且工作穩(wěn)定，受其他因素影響較小，價(jià)格實(shí)惠?；谝陨蟽煞N方案的分析與考慮，決定選擇紅外對(duì)

9、管作為光電轉(zhuǎn)換模塊。2.2.2報(bào)警器模塊方案一： 采用揚(yáng)聲器作為系統(tǒng)報(bào)警器，電路要增加元器件，并且揚(yáng)聲器的占用空間比較大，而且相對(duì)其他報(bào)警器元件要貴，超出預(yù)算，所以放棄。方案二： 采用無(wú)緣蜂鳴器，價(jià)格便宜，體積小，報(bào)警聲音清晰，但是要加入驅(qū)動(dòng)電路，它才能正常工作。方案三： 采用有源蜂鳴器，價(jià)格便宜，體積小，方便攜帶，報(bào)警聲音清晰，重要的是它可直接與輸出信號(hào)的引腳相連，就可以正常工作，所需設(shè)計(jì)的電路相對(duì)簡(jiǎn)單?；谝陨先N方案，選擇方案三中的有源蜂鳴器作為報(bào)警器。2.3硬件部分2.3.1 整體電路設(shè)計(jì)原理圖： 圖2 光電檢測(cè)報(bào)警電路原理圖本電路由光電轉(zhuǎn)換和報(bào)警系統(tǒng)組成，通過(guò)紅外接收管接收到的紅外發(fā)

10、射管發(fā)出的紅外線的有與無(wú)來(lái)輸出高低電平，由LM311電壓比較器來(lái)比較兩輸入端電壓數(shù)值的高低，使輸出翻轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)三極管8050放大后，去控制蜂鳴器，達(dá)到報(bào)警的目的。2.3.2光電轉(zhuǎn)換模塊 紅外線發(fā)射與接收的方式有兩種，其一是直射式，其二是反射式（此次設(shè)計(jì)采用的是反射式）。反射式指發(fā)光管與接收管并列一起，平時(shí)接收管始終無(wú)紅外線照射，只在發(fā)射管發(fā)出的紅外線遇到反射物時(shí)，接收管接收到反射回來(lái)的紅外線才工作。光電轉(zhuǎn)換模塊采用紅外對(duì)管（反射式），發(fā)射管串接一個(gè)300歐姆的電阻，以防止發(fā)射管被燒壞，在接收管串接一個(gè)10k的電阻。100k精密可調(diào)電位器來(lái)調(diào)節(jié)比較器的參考電壓，通過(guò)比較器LM311來(lái)輸出比較的電平

11、高低。當(dāng)沒(méi)有物體遮擋紅外對(duì)管時(shí)，接收管相當(dāng)于短路，輸出低電平。當(dāng)有物體遮擋時(shí)，接收管截止，輸出高電平。圖3 原理圖中的光電轉(zhuǎn)換模塊所采用的紅外對(duì)管紅外發(fā)射管和紅外接收管(1)紅外線發(fā)射管主要有三個(gè)常用的波段，如下850NM，875NM，940NM。根據(jù)波長(zhǎng)的特性運(yùn)用備的產(chǎn)品也有很大的差異，850NM波長(zhǎng)的主要用于紅外線監(jiān)控，875NM主要用于醫(yī)療設(shè)備，940NM波段的主要用于紅外線控制設(shè)備，比如紅外線遙控器、光電開(kāi)關(guān)、光電計(jì)數(shù)設(shè)備等。 圖4 紅外線發(fā)射管 圖5 紅外線發(fā)射管的主要參數(shù)(2)紅外接收管不受可見(jiàn)光的干擾，感光面積大，靈敏度高，屬于光敏二極管，一般只對(duì)紅外線有反應(yīng)。圖6 紅外接收管紅

12、外接收管與光敏二極管，普通半導(dǎo)體二極管在結(jié)構(gòu)上是相似的。在光敏二極管管殼上有一個(gè)能射入光線的玻璃透鏡，入射光通過(guò)透鏡正好照射在管芯上。光敏二極管管芯是一個(gè)具有光敏特性的PN結(jié)，它被封裝在管殼內(nèi)。光敏二極管的管芯以及管芯上的PN結(jié)面積做得較大，而管芯上的電極面積做得較小，PN結(jié)的結(jié)深比普通半導(dǎo)體二極管做得淺，這些結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)都是為了提高光電轉(zhuǎn)換的能力。2.3.3報(bào)警模塊(1)由光電模塊產(chǎn)生的高低電平信號(hào)，輸入到LM311比較器中。由LM311電壓比較器來(lái)比較兩輸入端電壓數(shù)值的高低，經(jīng)使輸出翻轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)三極管8050的放大后，去控制蜂鳴器有沒(méi)有報(bào)警聲。LM311電壓比較器主要功能是電壓的比較，比較兩

13、輸入端電壓數(shù)值的高低。LM311設(shè)計(jì)運(yùn)行在更寬的電源電壓：從標(biāo)準(zhǔn)的±15V運(yùn)算放大器到單5V電源用于邏輯集成電路 。其輸出兼容RTL,DTL和TTL以MOS電路。此外，LM311可以驅(qū)動(dòng)繼電器，開(kāi)關(guān)電壓高達(dá)50V，電流高達(dá)50mA。圖7 原理圖中的報(bào)警模塊 圖8 LM311內(nèi)部電路圖 (2)三極管8050是非常常見(jiàn)的NPN型晶體三極管，在各種放大電路中經(jīng)?？吹剿瑧?yīng)用范圍很廣，主要用于高頻放大，也可用作開(kāi)關(guān)電路。 圖9 8050三極管8050三極管參數(shù)：類型:開(kāi)關(guān)型;極性:NPN; 材料:硅;最大集電極電流(A):0.5 A; 直流電增益:10 to&#

14、160;60; 功耗:625 mW; 最大集電極-發(fā)射極電壓(VCEO):25;1 特征頻率:150 MHzPE8050 硅 NPN 30V 1.5A 1.1W3DG8050 硅 NPN 25V 1.5A FT=190 *K2SC8050 硅  NPN 25V 1.5A FT=190 *KMC8050 硅 NPN 25V 700mA 200mW 1

15、50MHzCS8050 硅 NPN 25V 1.5A FT=190 *K3 相關(guān)參數(shù)計(jì)算紅外線發(fā)射二極管在使用時(shí)，由電流驅(qū)動(dòng)，發(fā)光強(qiáng)度是與電流成比例變化，所以電流控制方式的重要性就相對(duì)的增加了。圖13所示為其電阻負(fù)載驅(qū)動(dòng)方式，這是最簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)方式，驅(qū)動(dòng)電源是直流電源，根據(jù)圖14所示的正向電壓、電流特性可繪出其負(fù)載線，并求出其工作點(diǎn)。該工作點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電壓、電流分別為Vf及If，其算式為：圖10 發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電路 圖11 發(fā)光二極管正向電流電壓特性及工作點(diǎn)在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，最重要的是在If電流的控制，設(shè)計(jì)出的If不能太大，若大于If發(fā)射管

16、可能會(huì)燒毀，If若太小，則其發(fā)射束就會(huì)變小。另外在取電源電壓時(shí)也必須要考慮它的其穩(wěn)定性，為了發(fā)射管發(fā)射紅外線光束的穩(wěn)定，電源電壓的穩(wěn)定就是必須要考慮的問(wèn)題，所以在精密的紅外線控制中，應(yīng)盡量做到電源的穩(wěn)定，有時(shí)為求其穩(wěn)定性也可將電源提高，電源提高之后，為了保持電流的不變，所使用的限流電阻也相應(yīng)的提高，此時(shí)電源電壓小的變動(dòng)，電流的變化就不會(huì)很大。假設(shè)電源電壓VCC=5V，電流If取小于If<13mA，由圖8的特性曲線求得電壓Vf=1.2V代入驅(qū)動(dòng)公式可得：得R =300，此時(shí)發(fā)射管的串接電阻R=300，紅外線發(fā)射二極管即可取得13mA的驅(qū)動(dòng)電流。4 結(jié)論所設(shè)計(jì)的光電檢測(cè)報(bào)警器具有低成本,易普

17、及, 高可靠性等突出優(yōu)點(diǎn)具有廣泛市場(chǎng)發(fā)展前景，具有廣泛的市場(chǎng)發(fā)展前景。本次設(shè)計(jì)過(guò)程還算比較順利，成品出來(lái)后，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，手指或其他物體放在紅外發(fā)射管上方10cm左右處，成功發(fā)出報(bào)警聲。在做這個(gè)光電檢測(cè)報(bào)警器的幾周里，我遇到了很多問(wèn)題，在選擇什么方案去做光電轉(zhuǎn)換部分時(shí)，很是猶豫，最終在老師和同學(xué)的幫助下，讓我知道了各種光電轉(zhuǎn)換元件的可能性以及可行性，并最終選擇紅外對(duì)管作為光電轉(zhuǎn)換元件。在做板的過(guò)程我也明白了一個(gè)道理我們不管做什么事都要認(rèn)真去做，決不能馬馬虎虎。因?yàn)槲业陌遄油瓿珊螅プ鲈囼?yàn)時(shí)蜂鳴器沒(méi)有聲音，在仔細(xì)排查問(wèn)題后，發(fā)現(xiàn)只是焊接出了問(wèn)題。在這幾周做這個(gè)課設(shè)的時(shí)間里，讓我重新學(xué)習(xí)之前學(xué)習(xí)過(guò)的理論知識(shí)，更讓我明白理論只有結(jié)合實(shí)際才能發(fā)揮出作用。另外這次課設(shè)也讓我進(jìn)一步的了解了電子元件的基本使用，加深了對(duì)數(shù)字電路和模擬電路的認(rèn)知，更深刻了解設(shè)計(jì)性作品理論和知識(shí)結(jié)合的重要性。謝 辭在這次課設(shè)的完成過(guò)程中，我遇到了很多難題，在解決這些難題的過(guò)程中，很多同學(xué)和老師都給我了很多的幫助和建議。由于我自己的能力不足，正是他們給我的幫助讓我一點(diǎn)點(diǎn)的去理解并掌握各方面的電路知識(shí)。他們的幫助加上我自己不斷的上網(wǎng)查找資料和翻閱電路方面的書(shū)籍，一步一步地，我還算順利的完成了這次的課設(shè)。這次課設(shè)讓我收獲了很多，不僅僅是理論知識(shí)和動(dòng)手能力，更讓我懂得要對(duì)別人給予的幫助，心懷感恩，所以在