光电式报警器 报告

题目 光电式报警器 内容及要求 1)采用双光路结构，当任一光路被遮挡时，报警器发出间歇式声光报警； 2)采用LED显示被遮栏的路数，无报警显0，l路显1，2路显2，同时遮挡显3； 3)采用5V供电。 进度安排 第1周：查阅资料，学习仿真软件，确定方案，完成原理图设计及仿真； 第2周：领元器件、仪器设备，制作、焊接、调试电路，完成系统的设计； 第3周：检查设计结果、撰写课设报告。

摘要

报警器的应用十分广泛，在汽车、摩托车报警器，仓库大门以及银行保安系统中，几乎无一例外地使用了报警器电路。而光电式报警器采用光电信号转换的方式，不仅电路简单，而且安全可靠。与传统的报警器相比较，光电报警器可应用的范围更加广泛，如火灾探测、煤气泄露报警、玻璃破碎探测等。

本文设计了一种光电式报警器，该报警器通过感光器件（H92B4）把光信号转换成电信号，该电信号驱动译码器（CD4511）来控制数码管的显示，并利用逻辑或门来控制由555多谐振荡器等组成的报警电路。该报警器的设计采用模块化结构，分别有光电转换模块、数字显示模块以及声光报警模块。

关键词：光耦、数码显示、声光报警

目录

第一章 系统组成·······················································1

1.1系统组成框图···················································1 1.2系统原理·······················································1 第二章 主要单元模块···················································2

2.1光电转换模块···················································2 2.2数字显示模块···················································3 2.3声光报警模块···················································4 第三章 总体电路设计····················································5 3.1 总体电路······················································5 3.2仿真结果分析···················································6 第四章 电路焊接与调试·················································7 第五章 实验结论·······················································8 参考文献······························································9 附录A 元件清单······················································10 附录B 焊接实物图····················································11

第一章 系统组成

1.1系统组成框图

本次设计的光电式报警系统主要由光耦电路、译码电路、数码显示以及声光报警等部分组成。光耦电路实现光信号采集及输出功能，数码显示和声光报警部分则对光耦输出的信号进行处理，从而产生报警指示作用。

光译数 耦码码电电 显路路示 声光多耦谐 光电振报 路荡警

图1.1 系统组成框图

1.2系统原理

首先，槽型光耦中的发光二极管将电源提供的5V直流信号转换成光信号并使其中的光敏三极管接收，槽型口的遮挡与否决定光敏三极管集电极输出的电平高低，从而完成“电—光—电”信号的转换。输出的光控电信号通过CD4511译码使数码管显示不同的数字，通过逻辑或门（74LS32）驱动由555及蜂鸣器等组成的间歇式声光报警电路，从而实现不同光路被遮挡时显示不同数字和声光报警。

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第二章 主要单元模块

2.1光电转换模块

5V510Ω10kΩ1728H92B4

图2.1 光电转换模块 图2.2 H92B4引脚图

光耦内由发光二极管和光敏三极管构成：采用5V直流供电，为防止光耦烧坏，发光二极管应串联一个510Ω电阻。同时挡光的用具可以使用不透明的纸张，光耦中的小功率的发光二极管正常工作电流在10 ～ 30mA范围内，根据欧姆定律：

I=U/R

U=5 V，10mA

当接通电源的时候，发光管发光，光敏三极管的基极电流增加，发射结的电压增大，当超过三极管的导通电压时，三极管就会导通，当基极电流继续增加时，三极管会饱和导通，此时三极管相当于工作在开关的闭合状态，三极管C极相当于直接接地，所以输出信号为低电平“0”。当有东西遮在发光管和光敏三极管中间时，三极管的发射结电压降低，达不到它的导通电压，三极管截止，此时相当于工作在开关的断开状态，C极电势接近电源电压即为高电平“1”。即光敏三极管受到光照时C，E极相当于短路，被遮挡时相当于断路，这就有了高低电平的输出来控制后面的数字电路部分。

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2.2 数字显示模块

CKABCDEFG7126543DADBDCDD~EL~BI~LTOAOBOCODOEOFOG1312111091514300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω5V4511BD_5V

图2.3 数字显示模块

图2.4 数码管3611AS

此模块由芯片CD4511及一位七段共阴数码管组成。由于只需显示数字0~3，故CD4511的二进制数据输入端的最高两位2，6脚接地；最低两位7，1脚则与光敏三极管的集电极输出连接，七个数据输出端分别串联300Ω限流电阻后接数码管。此时CD4511正常工作，根据光耦输入的电信号驱动数码管显示数字0~3。

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2.3声光报警模块

74LS32N5V810kΩVCC476RSTDISTHRLM555CMTRICONGNDOUT325kΩ25BUZZER200Hz 4.7μF1300Ω

图2.5 声光报警模块

此模块使用蜂鸣器产生声音报警，使用发光二极管产生光报警。根据要求要能发出间歇式报警，确定驱动蜂鸣器和发光二极管的信号为具有一定频率的脉冲波，所以采用由555构成的多稳态触发器。间歇式报警的周期为：

T≈0.7*(R1+2R2)*C

式中R1 =10kΩ，R2=25kΩ，C=4.7uF

一般人耳的间歇感知度为0.1s，所以R1 和R2分别选取10kΩ和25kΩ，电容C选取为4.7uF。由此确定间歇报警的周期约为0.2s，频率约为5Hz。

为实现任一光路被遮挡产生声光报警，选用74LS32逻辑或门的输入端和输出端分别连接光敏三极管的输出端和555定时器的复位端（4管脚）。当555的复位端收到高电平信号后产生声光报警，收到低电平时不报警。

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第三章 总体电路设计

3.1 总体电路

CK5V510Ω10kΩ7126543DADBDCDD~EL~BI~LTOAOBOCODOEOFOG1312111091514ABCDEFG17300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω28H92B474LS32N5V10kΩ510Ω10kΩ25kΩ4761725285V8VCCRSTDISTHRLM555CMTRICONGNDOUT34511BD_5V300Ω300ΩBUZZER200 Hz H92B44.7uF1300Ω 图3.1 总电路仿真图

前文所述三个单元模块合并即为总体电路，由H92B4构成的两个光电转换器采集光信号后输出到后级数字显示和声光报警模块。由于只需显示数字0~3，故只需要CD4511的二进制数据输入端的最低两位与光电转换器的输出相接，七个数据输出端分别串联300Ω限流电阻后接数码管。为实现任一光路被遮产生声光报警，选用逻辑或门连接光电转换模块和报警模块的控制端（即为555的复位端）。

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3.2仿真结果分析

接通电源后，没有光路被遮挡时数码管显示0。光路1被遮挡时显1，光路2被遮挡时显2，同时被遮挡时显3，且任一光路被遮挡时都会发出声光报警，这与设计要求相符。

CKCKCKCKABCDEFGABCDEFGABCDEFGABCDEFG 图3.2 数码管显示图

当遮住任一光路时，用示波器测得蜂鸣器两端的波形如下：

图3.3 蜂鸣器两端波形图

从示波器上可看出驱动蜂鸣器发声的信号为具有一定频率的稳定脉冲波，周期约为0.2s，这与理论设计的周期相符。

使用仿真软件产生的成功效果，验证了电路设计的正确性，为后续实际电路的焊接与调试提供了理论基础。

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第四章 电路焊接与调试

在焊接过程中为确保实际电路的正确和尽早发现问题采用分模块进行调试的方法，即每焊接完一个模块进行检查调试。

光电转换模块焊接完毕后，接通电源，用万用表测量遮光和不遮光时光耦（H92B4）中光敏三极管集电极输出的对地电压分别为4.65V和0.25V，符合高低电平的要求，说明该模块焊接成功，可以进行后级电路的焊接。将数码显示模块的CD4511和数码管与光电转换模块连接后发现遮挡光路2后数码管显示的2缺少中间的G段LED，对比理论电路后得知驱动该段LED的为CD4511的数据输出端的14管脚，用万用表的蜂鸣档测量后发现该处出现虚焊。排除错误后进行最后的声光报警模块焊接，接通电源后用不透光纸片遮住任一槽型光耦凹槽，发出间歇式声光报警。所有电路全部焊接调试完成，符合要求。

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第五章 实验结论

在本次课程设计中，通过对“光电式报警器”原理的研究，查阅了相关方面大量的书籍等资料，并用仿真软件对其进行了理论上的分析，为后续的设计、焊接及调试提供了理论依据。该设计主要分为三个单元模块，光电转换模块对光信号进行采集并转换成电信号输出到后两个模块，数码管显示被遮挡的光路信息，声光报警模块则根据前级电路的信号产生报警指示。

值得一提的是，本次实验在理论设计和实际焊接调试过程中采用模块化分步完成的思想，使设计变得简单、方便、灵活性强；并且大大减少了实际操作过程中可能出现的错误，能对焊接过程中出现的问题做到了及早发现，及早处理。

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参考文献

[1]华成英．模拟电子技术基本教程[M]．北京：清华大学出版社，2006 [2]阎石．数字电子技术基础（第五版）[M]．北京：高等教育出版社，2006 [3]胡斌．图表细说电子元器件（第2版）[M]．北京：电子工业出版社，2010 [4]陈有卿.．实用555时基电路300例[M]．北京：中国电力出版社，2005 [5]孙余凯．传感器应用电路300例[M]．北京：电子工业出版社，2008 [6]张新喜.．multisim10电路仿真及应用[M]．北京：机械工业出版社，2010

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附录A 元件清单 芯片 NE555 1个 芯片 CD4511 1个 芯片 74LS32 1个 槽型光耦 H92B4 2个 发光二极管 绿色 1个 数码管 3611AS 1个 蜂鸣器 5V 1个 固定电阻 300Ω 8个 固定电阻 510Ω 2个 固定电阻 10kΩ 3个 固定电阻 25kΩ 1个 电解电容 4.7μF 1个

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附录B焊接实物图

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/2z47.html