光電報警器的設計,畢業(yè)論文

1、中國地質大學畢業(yè)論文（設計）課題名稱：用光敏控制的光電報警器的設計學生姓名：學 號：指導老師：評閱老師：時間2013年12月用光敏控制的光電報警器的設計摘要系統(tǒng)設計了一個光電式報警器，該報警器通過感光器件把光信號轉化成電信號，控制數(shù)碼管的顯示以及報警電路。利用了部分數(shù)字邏輯電路，實現(xiàn)能在報警過程中實現(xiàn)對應路數(shù)的顯示功能。該報警器的設計采用模塊化結構，有四個模塊即電源模塊、光電轉化模塊、報警模塊以及顯示模塊構成。各模塊功能獨立，可擴充性強，很有經濟利用價值。本文設計的光電報警器是報警器和光藕的結合，它可以運用到各種領域，如火災探測、煤氣泄露報警、交流電流越限報警、玻璃破碎探測等，使用范圍廣、功能

2、強，具有很強的使用價值，是現(xiàn)代生活中必不可少的一項設備。關鍵詞：數(shù)碼管、光耦、555多諧振蕩、光電轉換、報警目錄摘要 1關鍵詞 1一 前言 .2二 設計內容與要求 .22.1 設計方案 . 22.2 設計要求 . 32.3 方案論證比較 .3三 硬件電路 43.1 總體電路設計 .43.2 電源模塊 .43.3 報警模塊 .43.4 數(shù)字顯示模塊 53.5 光電轉換模塊 .63.6 蜂鳴器的結構原理 .7四 提高要求電路的實現(xiàn) .84.1 系統(tǒng)工作原理及其組成 .84.2 單元模塊 84.2.1 計數(shù)器設計模塊 84.2.2 數(shù)字顯示模塊 9五 電路的原理和介紹 .9六 電路的調試過程與分析

3、.106.1基本設計電路調試 106.2提高設計電路調試 11七 總結 .11致謝 .11參考文獻 .12附錄 一 .12附錄 二 .131 : 前言報警器的應用非常廣泛，分為機械式報警器和電子報警器。經常應用于系統(tǒng)故障、安全防范、交通運輸、醫(yī)療救護、應急救災、感應檢測等領域。隨著社會科學技術的迅速發(fā)展，人們對報警器的性能提出了越來越高的要求。傳統(tǒng)的報警器通常采用觸摸式、開關報警器等。這類報警器具有性能穩(wěn)定、實用性強等特點，但是也具有應用范圍窄等缺點，而且安全性能也不是很好。本次課程設計的題目是“光電報警器”，光電報警就很好的改善了這些方面。如今，光電報警器已經廣泛應用到工農業(yè)生產、自動化儀表

4、、醫(yī)療電子設備等領域。本課程的設計借助于模擬電路和數(shù)字邏輯電路，采用模塊化的設計思想，使設計變得簡單、方便、靈活性強。電路簡單容易實現(xiàn)，工作穩(wěn)定，因此得到了廣泛的應用和發(fā)展。本文設計的光電報警器是光電二極管和報警器的靈活結合，它可以運用到各種生產線上，安全性能高，節(jié)約了人力資源，并且不易出錯；還能運用到其它人力不能檢測到的環(huán)境。可見，報警器已經運用到社會各種領域。如圖： 2 :設計內容與要求 2.1 設計方案根據課題設計要求初步建立如下系統(tǒng)框圖數(shù)碼顯現(xiàn)報警器控制器器譯碼輸出光電轉換圖2.1 系統(tǒng)原理框圖2.2 設計要求1、 采用雙光路結構，當任一光路被遮擋時，報警器發(fā)出間歇式聲光報警；2、采用

5、led顯示被遮擋的路數(shù)，無報警顯0，1路顯1，2路顯2，同時遮擋顯3；3、采用5v供電?！局饕獏⒖荚浚汗怦睿?55，74ls32，74ls247。2.3 方案論證比較電源模塊：由于本系統(tǒng)需要電池供電，我考慮了下面兩種方案為系統(tǒng)供電。方案一：采用四節(jié)1.5v的干電池供電，電壓達到6v，給系統(tǒng)供電的話，由于干電池電量有限，隨著工作時間電壓會慢慢降低。采用干電池給系統(tǒng)供電，調試會給系統(tǒng)帶來很大的不便，因此這種方案放棄。方案二：采用集成穩(wěn)壓芯片lm7805cv ,穩(wěn)壓輸出+5v電壓給系統(tǒng)供電。7805輸出1a的電流，足以提供系統(tǒng)工作所要的電流。而且只要帶上變壓器，穩(wěn)壓芯片就可以穩(wěn)定的輸出+5v電壓

6、。基于以上分析擬定方案二，作為系統(tǒng)工作時的電壓。報警器模塊： 方案一，采用揚聲器作為系統(tǒng)報警，電路需增加元器件，并且揚聲器占用空間大，重，價格也相對其它報警設備貴，所以放棄此方案。方案二：采用無緣蜂鳴器，價格便宜，體積小，攜帶方便，報警聲音清晰，但是要增加驅動電路方可工作。方案三：采用有緣蜂鳴器，價格便宜，體積小，攜帶方便，報警聲音清晰，直接與輸出信號引腳相連就可以工作了，電路簡單。基于以上分析擬定方案三作為系統(tǒng)的報警部分。3 :硬件電路3.1 總體電路設計本電路由4部分組成：光信號轉換成數(shù)字信號系統(tǒng)，數(shù)字顯示系統(tǒng)，555報警系統(tǒng)和5v穩(wěn)壓源系統(tǒng)。通過光照光敏三級管輸出高低電平來控制74ls2

7、47顯示數(shù)字是哪路被遮擋，同時由555報警器發(fā)出間歇式的報警聲。芯片74ls247是驅動共陰數(shù)碼管的譯碼器，所以在共陽數(shù)碼管之前要加幾個330歐的電阻。3.2 電源模塊采用變壓器經過整流濾波后再通過三端穩(wěn)壓器lm7805cv得到+5v電壓，給系統(tǒng)供電。3.3 光電轉換模塊光電轉換采用光耦，光耦內由發(fā)光二極管和光敏三極管組成，采用+5v電源供電。為防止光耦燒壞，應該在三極管旁串聯(lián)一個510歐姆的電阻。圖3.2光電轉換圖：r424kled2r324kled1r1510r2510 圖3.2光電轉換圖光敏三極管受到光照時，c、e極相當于短路，被遮擋時相當于斷路。這就有了高低電平的輸出來控制后面的數(shù)字電

8、路部分，實際上這部分是實現(xiàn)了把電信號轉換成數(shù)字信號的功能。另外電路中還用到了一個或門74ls32。 圖3.3 74ls32的管腳圖3.4 數(shù)字顯示模塊 圖3.4數(shù)字顯示模塊電路圖此模塊由74ls247及共陽數(shù)碼顯示器組成，74ls247驅動共陽數(shù)碼顯示器工作。74ls247的2，6腳因無輸入，故接低電平，3，4，5腳接高電平，而1,7腳則與光電轉換模塊中光敏三極管輸出的連接。此時74ls32正常工作，驅動共陽數(shù)碼顯示器工作，以顯示數(shù)字0到3。3.5 報警模塊 考慮到間歇性聲光報警電路可以采用555振蕩電路實現(xiàn)，首先了解555芯片的結構性能： 圖3.5 555芯片管腳圖圖3.6 報警電路圖 通過

9、555定時器構成自激多諧振蕩器產生的矩形脈沖來控制蜂鳴器的叫聲，對于多諧振蕩器可根據t=0.7*(r12+2r13)* c1來確定間歇時間，導通時間為t1=0.7*（r12+r13）*c1，充電時間t2=t- t1 由電路圖可以算出導通時間為：t=0.7*（510k+2*20k）*330uf=1.235khz。555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 rs 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當 5 腳懸空時，則電壓比較器 c1 的同相輸入端的電壓為 2vcc /3，c2 的反相輸入端的電壓為vcc /3。若觸發(fā)輸入端 tr 的電壓小于vcc /3，則比較器

10、 c2 的輸出為 0，可使 rs 觸發(fā)器置 1，使輸出端 out=1。如果閾值輸入端 th 的電壓大于 2vcc/3，同時 tr 端的電壓大于vcc /3，則 c1 的輸出為 0，c2 的輸出為 1，可將 rs 觸發(fā)器置為 0，可使 rs 觸發(fā)器置 1，使輸出端 out=1。如果閾值輸入端 th 的電壓大于 2vcc/3，同時 tr 端的電壓大于vcc /3，則 c1 的輸出為 0，c2 的輸出為 1，可將 rs 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。圖3.7 555芯片的內部結構圖 3.6 蜂鳴器的結構原理本次設計采用的壓電式蜂鳴器，壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、

11、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構成。當接通電源后（1.515v直流工作電壓）,多諧振蕩器起振,輸出1.02.5khz的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。4: 提高要求電路的實現(xiàn)4.1系統(tǒng)工作原理及其組成計數(shù)器計數(shù)計數(shù)脈沖顯示譯碼數(shù)碼顯示圖4-1每當來一個計數(shù)脈沖時，計數(shù)器計一次數(shù)，并將結果輸出給顯示譯碼器，譯碼器輸出“1”有效，來驅動共陰數(shù)碼顯示器工作，計數(shù)器計一次數(shù)，計數(shù)范圍是099，并且電路具有清零功能，當按鍵開關按下時，即給計數(shù)器異步清零。4.2 單

12、元模塊4.2.1計數(shù)器模塊設計圖4-2第一片計成圖4-2第一片的進位輸出c作為第二片的ep和et輸入，每當9（1001）時c變?yōu)?，下個clk信號到達時第二片為計數(shù)工作狀態(tài)，計入1，而第一片計成0（0000），它的c端回到低電平。第一片的ep和et恒為1，始終處于計數(shù)工作狀4.2.2數(shù)字顯示模塊圖4-3此模塊由cd4511及共陰數(shù)碼顯示器組成，cd4511驅動共陰數(shù)碼顯示器工作。只要將計數(shù)器的輸出接到cd4511的bcd碼輸入端，即能驅動數(shù)碼管顯示（注意高地位）。5：電路的原理和介紹由上述的方法設計出了附錄二中得電路圖，下面介紹電路的工作原理：電路中的左側為第一路，右側電路為第二路電路，當兩路

13、電路都沒有被遮擋的時候，光耦是導通的，即光耦上端兩端電壓都為低，然后經過74ls32或門以后的總的電壓為低，低電壓與555的管腳4相連，rs使得555輸出一直為低，不能驅動蜂鳴器響，故不會響鈴，同時光耦上端的的低電平信號與74ls247中的1、7腳輸入的信號，輸出的信號通過共陽數(shù)碼管顯示為0。當光耦有其中一路被遮擋后，擋住的光耦不能短路，處于斷開，兩個光耦上端的點平有一個為高，另一個為低，然后經過74ls32或門以后的總的電壓為高，高電壓與555的管腳4相連，使得555能夠正常工作，產生1.23khz的矩形脈沖，使蜂鳴器會響鈴。同時光耦上端的的高、低電平信號與74ls247中的1、7（7、1）

14、腳輸入的信號，輸出的信號通過共陽數(shù)碼管顯示為1、2。當兩路光耦都被遮擋的時候，光耦就會都不導通，光耦在截止狀態(tài)，即光耦上端兩端電壓都為高，然后經過74ls32或門以后的總的電壓為高，低電壓與555的管腳4相連，使得555輸出一直為矩形脈沖，驅動蜂鳴器響，故會響鈴，同時光耦上端的的高電平信號與74ls247中的1、7腳輸入的信號，輸出的信號通過共陽數(shù)碼管顯示為3。6： 電路的調試過程與分析6.1 基本設計電路調試調試用到的儀器有：數(shù)字萬用表、5v直流穩(wěn)壓電源。調試分模塊進行調試：第一步 將光電轉換部分焊接完畢后，接通電源，用數(shù)字萬用表分別測試擋光和不擋光a、b兩點的電壓，第一次測試結果是擋光和不

15、擋光的電壓值都一樣，這說明電路出現(xiàn)了問題，關閉電源，用萬用表的蜂鳴檔檢查電路是否有短路和斷路的地方，結果沒有。然后又檢查了是否將電路焊錯了，元器件的管腳是否插錯了，仔細一檢查才發(fā)現(xiàn)是將光耦中光敏三極管的發(fā)射極和集電極搞反了。將電路改正后，再次用萬用表測試，結果是不擋光時a=b=0.25v，擋光時a=b=4.7v，符合高低電平的要求，可以焊接下一個模塊。第二步 將數(shù)碼顯示部分的譯碼器和數(shù)碼管焊接完畢后，接通電源，數(shù)碼管就顯示0，用紙片遮擋住光路1，數(shù)碼管顯示1，遮擋住光路2，數(shù)碼管顯示2，同時遮擋，數(shù)碼管顯示3，符合設計要求，說明數(shù)碼顯示這個模塊沒有出現(xiàn)問題，可以焊接下一個模塊。第三步 將74l

16、s32和光電報警部分焊接完畢后，接通電源，聲光報警部分不工作，用紙片遮擋住光路1，發(fā)出間歇式聲光報警，遮擋住光路2，也發(fā)出間歇式聲光報警，同時遮擋，同樣能發(fā)出間歇式聲光報警，符合設計要求，這部分也沒有出現(xiàn)問題，所有電路全部焊接調試完畢。最后調試成功后的電路實現(xiàn)的功能為： 1.當任一路光被遮擋時，報警器發(fā)出間歇式聲光報警；2.led顯示被遮擋的路數(shù)，無報警顯0，1路顯1，2路顯2，同時遮擋顯3。6.2提高設計電路調試調試用到的儀器有：數(shù)字萬用表、5v直流穩(wěn)壓電源、函數(shù)信號發(fā)射器。第一步 將計數(shù)部分焊接好后，接通電源，利用函數(shù)信號發(fā)射器發(fā)生脈沖計數(shù)信號，計數(shù)頻率為1秒，用萬用表觀察計數(shù)輸出情況，若

17、計數(shù)器工作正常則繼續(xù)下一模塊的焊接，否則檢查電路，檢查出錯原因。第二步 將驅動譯碼器和數(shù)碼管焊接完畢后，將計數(shù)器的輸出接至譯碼器的輸入，接通電源，給計數(shù)器加計數(shù)脈沖，數(shù)碼管能正常顯示計數(shù)。最后調試成功后的電路實現(xiàn)的功能為：1.設計兩位數(shù)碼顯示計數(shù)器，對報警的次數(shù)計數(shù)，并且數(shù)碼顯示；2.具有清零功能。7 ：總結本次課程設計，通過對“光電報警器”的設計、安裝以及調試，我從中學到了不少知識。進一步加深了我對平時所學理論知識的理解和掌握，也明白到要把所學知識運用到實踐中，不只重視理論，也要考慮所學的東西能夠用到哪些方面。這次實訓也讓我接觸了很多新知識，鞏固了舊知識，鍛煉了自己的動手能力，豐富了經驗，對

18、以后的學習工作都很有幫助，可以說是受益匪淺。再次反過來思考這個電路，整個電路簡單明了，可以根據此電路圖應用到各個領域中，可以說十分有利用價值。在本次課程設計中我也遇到了很多困難，比如方案的比較與選擇、電路的調試等，后來經過同學、老師的幫助以及翻閱資料等解決了問題，讓我認識到做任何事情都要有耐心。而且，只要我們付出努力就一定會成功。致謝首先要感謝學校領導老師給我這次動手實踐的機會！感謝在我做課程設計過程中提供給我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W們！在本次論文設計中，從該論文構思、寫作以及各個環(huán)節(jié)，經過老師和同學的幫助，讓我得以最終完成畢業(yè)論文的設計。雖然比較艱難，但是我還是充滿喜悅感，因為經過努力我完成了目標。再次感謝所有給予我?guī)椭娜?！由于經驗匱乏、能力有限，設計中難免會有出錯的地方，希望老師能夠多多指教。最后，我要向百忙中抽空對本文進行審閱、評議和參與本人論文答辯的老師表示衷心的感謝！ 參考文獻1 王毓銀.