光電式液面監(jiān)測系統(tǒng)[優(yōu)選材料]

1、江蘇師范大學物電學院本科生課程設計課 程 名 稱： 光電綜合設計 題 目： 光電式液面監(jiān)測系統(tǒng)設計 專 業(yè) 班 級： 學 生 姓 名： 學 生 學 號： 日 期： 指 導 教 師： 物電學院教務部印制說明：1、報告中的第一、二、三項由學生在課程設計開始前填寫，由指導教師指導并確認簽字。2、學生成績由指導教師根據(jù)學生的設計情況給出各項分值及總評成績，并填寫成績評定表。3、所有學生必須參加課程設計的答辯環(huán)節(jié)，凡不參加答辯者，其成績一律按不及格處理。答辯小組成員應由2人及以上教師組成。答辯后學生根據(jù)答辯情況填寫答辯記錄表。4、報告正文字數(shù)一般應不少于3000字，也可由指導教師根據(jù)本門課程設計的情況另

2、行規(guī)定。5、平時表現(xiàn)成績低于6分的學生，取消答辯資格，其該課程設計成績按不及格處理。6、課程設計完成后，由指導教師根據(jù)完成情況寫出總結。7、此表格式為江蘇師范大學物理與電子工程學院提供的基本格式，指導教師可根據(jù)本門課程設計的特點及內(nèi)容做適當?shù)恼{整。一、課程設計目的、任務和內(nèi)容要求：1、光電綜合設計目的與要求光電綜合設計是面向高年級本科生開展的綜合性的課外科技活動，通過光電綜合設計，增強學生的創(chuàng)新能力、動手能力; 加強科學研究和工程實踐素質的訓練，提高學生對實際問題進行設計、制作的綜合能力；為后續(xù)的畢業(yè)設計和在今后工作崗位上獨立開展科學研究打下良好基礎。要求學生能在三周時間內(nèi)獨立完成設計任務，并

3、通過答辯，為優(yōu)秀學生的發(fā)揮與創(chuàng)新創(chuàng)造條件。2、光電綜合設計方式光電綜合設計包括：選題、方案設計、原理設計、仿真、采購、安裝與調試、撰寫設計報告、答辯，答辯組成員不少于三人。3、光電綜合設計內(nèi)容光電綜合設計是以光學和電子電路（含模擬和數(shù)字電路）應用設計為主要內(nèi)容，可以涉及模-數(shù)混合電路、單片機、可編程器件、EDA軟件工具和PC機（主要用于開發(fā)）的應用。包括“理論設計”和“實際制作與調試”兩部分。通過該設計達到綜合性訓練的目的。光電綜合設計課題數(shù)每次不超過五個題目，學生可以選擇其一，每個課題包括基本部分和發(fā)揮部分，隨著新理論、新技術、新工藝、新器件的引入，其內(nèi)容根據(jù)實際情況將有所更新，做到與時俱進

4、。 二、進度安排：光電綜合設計的時間安排在第七學期結束前三周進行，共計21天。第1至2天： 選擇課題，論證設計方案；第3至5天： 原理設計，原理仿真、修改；第6至8天： PCB板設計，購買元器件；第9至13天： 安裝和調試：分步安裝、焊接、調試，電路修改，總調；第14至15天： 結構設計（有外殼要求）；第16至19天： 撰寫電子綜合設計報告；第20至21天： 綜合設計驗收、答辯。三、主要參考文獻：1閻石主. 數(shù)字電子技術基礎第四版M . 高等教育出版社 ，19982康華光. 電子技術基礎（數(shù)字部分）M . 高等教育出版社，2000 指導教師簽字： 年 月 二類優(yōu)質#目錄摘 要II1引言11.1

5、系統(tǒng)背景11.2系統(tǒng)功能12方案論證與選擇22.1方案設計思路22.2方案選擇23 系統(tǒng)設計33.1 系統(tǒng)的工作原理33.2 系統(tǒng)硬件組成34電路設計44.1激光發(fā)射電路44.2激光接收電路44.3放大整形電路54.4聲光報警電路55設計結果及分析75.1結果分析75.2存在不足75.3方案改進與設想76總結與體會8參考文獻9附錄10摘 要在工業(yè)控制系統(tǒng)以及湖泊等測繪工程中，準確及時地檢測出液面的深度已經(jīng)成為一個很重要的課題，而目前擔負著對液位測量、液面高度等任務的完成有諸多不盡人意的地方，需要更加完善、合理的液位檢測跟蹤控制系統(tǒng)。隨著科學的進步，激光的出現(xiàn)，這一問題得以解決。激光因為相干度高

6、，方向性好，傳播距離遠有著廣泛的應用。激光照射接收器，光電轉換，接收器輸出電流，保持電路綠燈的正常工作；當液面上漲時，由于液體的折射作用，光線偏折，電路接收不到光信號而發(fā)生報警，從而實現(xiàn)液面上漲報警。關鍵詞：光電式；液面上漲；報警AbstractIn the industrial control systems and lakes in surveying and mapping project, accurately and timely detection of liquid level depth has become a very important topic, and at pre

7、sent there are many unsatisfactory areas responsible for measurement of liquid level, the liquid height and other tasks, and need to be perfected, and the liquid level detection and tracking control system. With the progress of science, the appearance of laser, the problem is solved. Coherent laser

8、because of high degree, good direction, far transmission distance is widely used. Laser receiver, photoelectric conversion, the receiver output current, normal work and hold circuit light; when the liquid level rise, because of the refraction effect of liquid, deflection of light, the circuit does n

9、ot receive the light signal alarm, so as to realize the level up alarm system.Keywords: photoelectric; liquid level rise;waring二類優(yōu)質#1引言1.1系統(tǒng)背景隨著電子科學技術的發(fā)展，電子測量成為廣大電子工作者必須掌握的手段，對測量的精度和功能的要求也越來越高，在工業(yè)控制系統(tǒng)以及湖泊等測繪工程中，準確及時地檢測出液面的深度（即水位高度）就是前提；而目前擔負著對液位測量、液面高度等任務的完成有諸多不盡人意的地方，需要更加完善、合理的液滴、液位檢測跟蹤控制系統(tǒng)。從液位測量的方

10、法看，按檢測器與液體接觸與否分為兩大類：一是接觸式測量，二是非接觸式測量。在前一種測量方式中，因為被測液體可能具有的腐蝕性等原因并不是最理想的方法。后一種方法引起經(jīng)濟、安全、方便等因素應用很廣。隨著激光技術的發(fā)展和光電技術的研究，激光技術在液面檢測方面已經(jīng)有啦很大的應用。1.2系統(tǒng)功能根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，系統(tǒng)采用半導體激光器，激光信號接收器，聲光報警等裝置。啟動電源開關開關后，半導體激光器發(fā)射激光，根據(jù)激光接收器的反饋信號，判斷液面高度，并進行液面高度指示。當接收器能夠接收到光信號時，電路不報警，液面上漲時，由于折射作用，光線偏折，接收器接收不到光信號，電路發(fā)出報警，從而實現(xiàn)液面上漲報警。2方

11、案論證與選擇2.1方案設計思路按照系統(tǒng)要求，查找相關資料，設計的基本思路是：根據(jù)光信號的有無來判斷液位是否到達指定高度，并決定電路是否報警。所以設計出了以下兩種方案：方案一：浮動遮光式紅外液面監(jiān)測系統(tǒng)。即紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外光，通過紅外接收管接收并實現(xiàn)光電轉換，此時有光信號，報警系統(tǒng)不工作，綠燈亮；液面上漲到一定高度，浮標隨著水位上漲而上浮，遮擋住光路，光信號消失，紅燈亮，電路報警。方案二：激光式光電轉換液面檢測系統(tǒng)。激光器在容器一端發(fā)射激光，激光接收器在另一端接收，有光信號時，接收器輸出電壓，報警系統(tǒng)不工作，綠燈亮；液面上漲時，由于水的折射，光線發(fā)生偏折，接收器接收不到光信號，紅燈閃爍，電

12、路報警，從而實現(xiàn)液位監(jiān)測。2.2方案選擇對于方案一，簡單易行，易于實現(xiàn)。但經(jīng)過試驗和論證，存在一些缺陷。紅外發(fā)光二極管發(fā)出的光線不集中，比較散，所以對于接收管來說，容易受到外界其他物品的影響，導致電路不穩(wěn)定。其次，浮標在液面漂浮，容易受到風浪影響，很不穩(wěn)定。最終對于整個系統(tǒng)的穩(wěn)定工作影響很大。對于方案二，激光相干性好，方向性好，傳播距離遠，不易受周邊物品影響。而且也具有光的一些性質，利用折射定律，系統(tǒng)能夠高效，快速，準確，無接觸地檢測液面，及時報警，系統(tǒng)穩(wěn)定度也高。經(jīng)過試驗分析論證，最終決定采取方案二的設計思路。3 系統(tǒng)設計3.1 系統(tǒng)的工作原理本系統(tǒng)利用LD半導體激光器、激光接收頭、電壓比較

13、器等，通過對激光接收頭信號的電壓高低，來判斷待測液面高度。當液面未達到預警高度時，激光接收頭輸出高電平，綠燈亮；當液面到達一定高度時，由于液體的對光路的影響，激光接收頭無法接受到激光信號，此時輸出低電平，系統(tǒng)聲光報警。系統(tǒng)主要由激光發(fā)射電路、激光接收電路、放大整形、聲光報警電路等幾部分組成。系統(tǒng)組成框架如圖3-1所示：聲光報警放大整形電路激光接收電路激光發(fā)射電路圖3-1系統(tǒng)組成框架3.2 系統(tǒng)硬件組成激光發(fā)射電路采用LD激光器，發(fā)射激光。激光接收電路采用非可調制的激光接收頭組成，接收激光信號，并輸出液面高度判斷信號。放大整形電路主要對激光接收電路輸出的信號進行整形處理，提高系統(tǒng)抗干擾能力，并對

14、激光接收電路輸出的信號進行處理，判斷液面高度并且進行下一步動作。聲光報警電路主要是當待測液面到達一定高度時，進行聲光報警。4電路設計4.1激光發(fā)射電路激光發(fā)射電路主要采用半導體激光器，若要長時間工作時，需要外加限流電阻，激光發(fā)射電路如圖4-1所示：圖4-1 激光發(fā)射電路4.2激光接收電路激光接收電路主要采用非調制的激光接收頭，接收激光信號時，輸出高電平，接收不到激光信號時，輸出低電平，激光接收電路如圖4-2所示：圖4-2 激光接收電路4.3放大整形電路由于接收端易受到干擾，在輸出端加一級比較電路可以改善抗干擾特性，如4-3所示，加入電壓比較器LM393，若同相端電壓大于反相端電壓，則輸出高電平

15、“1”，反之為低電平“0”。放大整形電路如圖4-3所示：圖4-3 放大整形電路4.4聲光報警電路當待測液面到達一定高度時，進行蜂鳴器響，紅燈閃爍，待測液面未達到一定高度時，綠燈亮。聲光報警電路如圖4-5所示：圖4-5 聲光報警電路5設計結果及分析5.1結果分析經(jīng)過試驗，系統(tǒng)基本能夠實現(xiàn)液面監(jiān)測功能，準確，高效，非接觸。液面低于設定水位時，綠燈亮，液面到達預設水位時，紅燈閃爍，系統(tǒng)報警。當然，系統(tǒng)在實現(xiàn)液面上漲監(jiān)測的同時，通過設置也可以監(jiān)測液面下降。5.2存在不足本系統(tǒng)只適用于能夠讓光通過，折射率較大的液體，而且對容器也有一定的要求 。如果液體不透光，或者液體中有能夠附著在容器上的雜質，此系統(tǒng)不

16、再適用。5.3方案改進與設想隨著光纖技術的研究和進步，光纖廣泛應用于信號傳輸方面。對于該系統(tǒng)，可以用光纖作為導光介質，通過液體的有無改變光纖的的折射特性，或者液面對光信號反射的變化，光信號發(fā)生變化，從而引起電路反應，實現(xiàn)液面監(jiān)測。更進一步講，還可以把系統(tǒng)進一步改進?？梢园严到y(tǒng)與閥門或者電機連接起來，當液面到達一定高度之后，電路報警同時，系統(tǒng)控制閥門打開放水，或者電機向外抽水；當液面下降時，系統(tǒng)控制閥門打開或者關閉，電機向內(nèi)抽水。這樣，該系統(tǒng)的應用空間比較大，應用前景比較廣闊。6總結與體會在這次課程設計中，從一開始思考工作原理，到設計方案，再到電路設計、焊接電路，以及硬件調試，一路走來，受益匪淺

17、。首先，不得不承認，在這次課程設計中遇到了很多困難。有時候，明明自己想得很明白的事情，就是得不到自己預想的結果，心情很煩躁，不得不翻閱大量的書籍資料，搜索信息，請教別人。當自己找到問題的原因時，內(nèi)心歡喜，會有一種“山重水復疑無路，柳暗花明又一村”的感覺。在痛苦和喜悅之間，我感覺到了一種進步。其次，我認識到在學習理論知識的時候，我們千萬不能將某一門知識隔離開來。在本次課程設計中，涉及到電路，光學，光電檢測等知識，我們要學會將這些知識融會貫通在一起，形成一張知識網(wǎng)絡。當然，在設計過程中，還有和大家的交流討論合作，更加明白了團隊的力量。最后一點，我們一定要認識到理論知識和現(xiàn)實實際之間的差距。我們在課

18、堂上學到的知識，很大一部分都是把某一事物轉換成理想化模型來學習的。我們一定要認識到，實際應用中，有很多我們不知道的事情會發(fā)生。我們要保持冷靜，認真思考，尋求解決方案。參考文獻1閻石主. 數(shù)字電子技術基礎第四版M . 高等教育出版社 ，19982康華光. 電子技術基礎（數(shù)字部分）M . 高等教育出版社，2000附錄相關芯片資料：激光LD的資料，如下圖：圖附錄-1激光LD資料 NE55相關資料圖附錄-2NE555引腳圖圖附錄-3 NE555相關資料LM393相關資料圖附錄-4LM393功能圖圖附錄-5LM393引腳圖附錄-6LM393引腳介紹答辯記錄表學生姓名： 學號： 班級： 答辯地點： 答辯內(nèi)容記錄：1. 光線為什么會偏折？由于水的折射，光線偏折。2. 激光波長多少？650nm3. 主要用什么芯片？ LM393和NE555成績評定表學生姓名： 學號： 班級： 類別合計分值各項分值評分標準實際得分合計得分備注平時完成情況3010按時參加課程設計，無曠課、遲到、早退、違反實驗室紀律等情況。10設計方案規(guī)范合理，設計目標明確，符合專業(yè)培養(yǎng)要求，時間安排得當，技術路線可靠。10按設計任務書的要求完成了全部任務，能完整演示其設計內(nèi)容，符合要求。報告完成情況3010報告文字通順，內(nèi)容翔實，論述充分、完整，立論