光电报警器课设报告1教学文案.doc

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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。光电报警器课设报告1-电子课程设计报告-题目名称：光电报警器姓名：童海深专业：电子信息春晓班班级学号：10041324同组人：宋腾麟指导教师：万在红评分：南昌航空大学电子信息工程学院2012年11月2日摘要随着社会文明的进步和科学技术的发展，报警器的应用越来越广泛。在汽车、摩托车报警器，仓库大门，以及家庭保安系统中，几乎无一例外地使用了报警器电路。随着社会科学技术的迅速发展，人们对报警器的性能提出了越来越高的要求。传统的报警器通常采用触摸式、开关报警器等。这类报警器具有性能稳定、实用性强等特点，但是也具

2、有应用范围窄等缺点。而且安全性能也不是很好。光电报警就很好的改善了这点。如今，光电报警器已经广泛应用到工农业生产、自动化仪表、医疗电子设备等领域本实验的设计借助于模拟电路和数字逻辑电路，采用模块化的设计思想，使设计变得简单、方便、灵活性强。电路简单容易实现，工作稳定，因此得到了广泛的应用。本系统讲述了利用芯片555、光耦ST178、CD4511译码器为主要器件来设计制作光电报警器。设计者需要采用双光路结构，当光耦凹槽被遮挡时发出间歇式声光报警，采用LED数码管显示被遮挡光路，无报警显0，1路显1，2路显2，同时遮挡显3。当光耦没被遮挡则不报警，即不发声也不发光。根据要求，光电报警器应由三大部分

3、组成：光耦控制电路、声光报警电路、译码显示电路构成。光耦控制电路主要由光耦和或门74LS32组成，用以控制产生高低电平。声光报警电路主要由555构成，555可作为自激多谐振荡器用来产生额定频率的脉冲波，该脉冲波可以控制LED发光和蜂鸣器发声报警。译码显示电路主要由CD4511译码器和共阴数码管构成，CD4511接收光耦产生的高低电平信号作为地址输入信号从而产生相应的译码信号由共阴数码管显示出来。由此可以实现本系统设计的全部功能。关键字：555、报警、光耦目录前言1第一章设计内容及要求1第二章系统设计方案2第三章系统组成及工作原理53.1系统组成53.2工作原理53.2.1光耦控制电路53.2.

4、2声光报警电路63.2.3译码显示电路6第四章单元电路设计、参数计算、器件选择74.1光耦控制电路74.2声光报警电路74.3译码显示电路7第五章实验、调试及测试结果与分析8第六章结论9参考文献10附录一相关元器件介绍111.555芯片介绍112.数码显示器123.CD4511芯片134或门74LS3215附录二元件清单16附录三电路总图17附录四实物图18前言随着社会的发展，科学技术的不断进步，对电子产品的性能要求也更高。我们做为21世纪的一名学电子的大学生，不仅要将理论知识学会，更应该将其应用与我们的日常生活中去，使理论与实践很好的结合起来。电子课程设计是电子技术学习中的一个非常重要的实践

5、环节，能够真正体现我们是否完全吸收了所学的知识。在电子市场，各种各样的报警器琳琅满目，但大多数成本都不低，基于成本靠虑，我们可以应用所学的知识自己设计一个简单的电路光电报警器。随着经济的发展、生活水平的提高，人们的防盗意识也显著增强，相应的对报警器的需求也日益丰富，报警器的运用已深入到各行各业，比如银行、学校及一些保密行业。虽然现在的报警器很普遍，技术也很成熟，但其中的电路设计分析的思路仍值得我们去学习和研究。又因为其简单、可行、易实现，对材料和一般的环境无特别要求的特点，使得报警器的设计能广泛应用与课程设计中。本系统主要讲述光电报警器的设计和制作。第一章设计内容及要求设计基本要求1、 采用双

6、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数码管显示被遮挡的路数，无报警显0，1路显1，2路显2，同时遮挡显3；3、 采用5V供电。【主要参考元件】：光耦，555，74LS32，CD4511。第二章系统设计方案本设计方案由光耦控制电路、声光报警电路、译码显示电路三部分组成。光耦控制电路图如图2.1所示。该电路是以两个光耦为核心的电平控制电路，R9、R10、R11、R12为限流电阻，避免光耦因电流过大而烧坏。每个光耦由一个发光二极管和一个光敏三极管以对管的形式构成。当光耦凹槽没被遮挡时光敏三极管是导通的，此时接入或门74LS32的信号为低电平，当光路被挡时此路产生高

7、电平。图2.1光耦控制电路声光报警电路图如图2.2所示。该电路是以555芯片为核心的多谐振荡脉冲电路，由特定的充电电阻来选择设计所需的信号频率，其主要控制信号由或门74LS32产生，当或门输出高电平则555工作产生脉冲波。555芯片产生的脉冲信号控制发光二极管发光及蜂鸣器发声报警。图2.2声光报警电路译码显示电路图如图2.3所示。该电路主要由译码器CD4511和七段共阴数码管构成，CD4511接收光耦产生的电平信号译出，进而驱动七段共阴数码管显示光路被遮挡的路数及光路是否被遮挡。图2.3译码显示第三章系统组成及工作原理3.1系统组成根据课题设计要求初步建立如下系统框图，本设计可由四大系统组成。

8、报警器控制器器数码显现译码输出光电转换图3.1系统原理框图3.2工作原理本设计通过将光耦因遮挡而通断产生的电平信号译出显示在数码管上同时驱动发光二极管和蜂鸣器工作以达到报警目的。3.2.1光耦控制电路此电路由两个光耦、四个限流电阻和一个或门74LS32构成。其原理如下：光耦在通常情况是导通的，即光敏三极管是导通的。而导通时相当于给CD4511译码器地址端输入的是低电平，同时两个低电平通过或74LS32后还是低电平，此时不会产生报警信号。当某一光路被遮挡时，光耦中的光敏三极管断开，该光路会产生高电平，相当于译码器地址输入端输入数字信号“1”。此时或门74LS32也输出高电平，驱动555产生自激振

9、荡，即脉冲报警信号，同时该光路产生的高电平会送至CD4511译出，通过数码管显示出来是哪路被遮挡了。这里笔者约定左边光路为光路2，右边光路为光路1。即左边光路被挡，输入CD4511的信号为数字信号“10”，译出显示即为2。同理右边光路被挡，译出显示为1。两路都被遮挡，相当于地址输入为“11”，译出显示为3。实际上这部分电路是实现了把电信号转换成数字信号的功能。3.2.2声光报警电路此电路由一个555芯片，两个瓷介电容C1、C2，一个发光二极管，三个电阻R8、R13、R14和一个蜂鸣器构成。其原理如下：555要构成自激多谐振荡器有其特定的接法，其中4管脚要接高电平才能工作，这里可以选取管脚4作为

10、控制端，如电路图示，将或门74LS32输出端与555的4脚相连，只有当或门有高电平输入时，即至少有一个光路被遮挡时555才会正常工作产生脉冲信号，从而驱动发光二极管和蜂鸣器报警工作。因为555产生的是脉冲波，所以声光报警是间歇式的。3.2.3译码显示电路此电路由一个七段译码器CD4511、七个限流电阻和一个共阴数码管构成。其原理如下:CD4511是一个四输入的七段译码器。即此译码器有四个地址输入端，根据设计需要，数码管只要显示03总共四个数字，所以这里将其地址输入端高二位接低电平，只使用其低二位即可满足设计要求，译码输入端为0011四个数据，这来源于光耦通断产生的电平信号（“1”或“0”）。为

11、了保护七段数码管，防止电流过大，这里用了七个限流电阻连接。共阴数码管需共阴连接，即需接地才能正常显示十进制数。第四章单元电路设计、参数计算、器件选择4.1光耦控制电路整个电路5V供电。这里选用四脚光耦ST178，该类光耦有凹槽，利于遮挡验证，挡光的用具可以使用不透明的纸张。为了使效果明显同时保护电路防止光敏三极管击穿，限流电阻R9、R11选用10k。光耦中的小功率的发光二极管正常工作电流在10mA30mA范围内，根据欧姆定律，由I=U/R，U=5V，10mAI30mA，故与红外发光二极管串联的电阻值为510欧，故而R10、R12选用510，即与译码器输入端相连的限流电阻选大些。或门选用TTL型

12、芯片74LS32可以满足设计要求。4.2声光报警电路所选芯片为555芯片，用于产生自激振荡发出脉冲信号，其信号频率由算式f=1/0.7(R13+2*R14)*C1确定，这里取R14=47K，R13=51K，C1=10uF，计算此时发出的信号频率约为1Hz。电容C2选0.11uF的瓷介电容。为了防止发光二极管因电流过大而烧坏，特加上限流电阻R8，选用150。蜂鸣器选用MT-520型蜂鸣器。发光二极管选用普通的BT316-X型LED灯。4.3译码显示电路这里译码器选用CMOS型七段译码器CD4511，同时配以七段共阴数码管，数码管选用型号HS3161AS型。为安全起见在译码器和数码管之间连接7个1

13、50的限流电阻R1R7以确保数码管不会烧坏。第五章实验、调试及测试结果与分析功能调试笔者领到了元器件后，对所选用的芯片功能有了进一步的理解。当日则根据万能板的大小尺寸和所选电路图，按照电路模块先在草稿纸上进行了大概的布局，最大限度上避免走线交叉，然后就开始焊接了。为了能很好的实现报警功能，笔者焊接完所有元器件用了半天时间，焊接时小心翼翼。焊接好后笔者对照电路图仔细检查了各个焊点和连线，没有发现有虚焊、脱焊现象的存在，各个连线也没有开路及短路，现象，焊得也还美观。但电路是完全按电路图布局的。当连接上5V直流电源后开始测试，看到的是数码管显示0，表示正常。接着拿纸挡住光敏三级管，不管挡住哪路都没有

14、反应，数码管还是显示0，而且报警器也没有报警。问题出现后笔者随即就拿5V电压直接接到555多谐电路，蜂鸣器发出响声，说明这部分电路没有问题。之后就从译码器的低二位地址输入端牵出2根导线，先将其中1路接到5V电源，2路接地，结果数码管显示为1，1路接地，2路接电源，数码管就显示2，两路都接电源时就显示3。所以这部分也没错。那就是光耦中的发光二级管和光敏三级管的问题了，一想可能是和发光二级管和光敏三级管串联的电阻阻值太小了导致烧掉了，测量了电阻才发现电阻阻值正常，说明没有烧掉。经过多次检查和查阅资料获知光敏三极管正负极接反了，改正之后调式的结果和要求完全相符。第六章结论通过这次数电课设，笔者成功设

15、计出了一个光电报警器。经过焊接调试和修改，效果良好，完全符合要求。同时得到了很好实践锻炼，巩固了数字电路的书本知识，同时了解了七段译码器CD4511的功能，也学会了测试数码管各引脚功能。通过这次课程设计学到了很多，这是一个团队任务，一起工作中搭档俩相互配合，相互帮助，一起上网查资料，找电子专业的同学咨询。另外，设计思路要转化成电路图并不是特别难，可要焊成实际的有用的电路板却还是有一定的差距的，不一定能达到预期的结果。课程设计中仅仅一个人知道是不够的，必须和搭档认真交流沟通，相互补充，与其说学会了很多专业知识，不如说学会了在实践中学会解决实际问题。只有从基本的电的知识学起，学习用基本电子电路制作

16、一些小的电子作品，才能逐步对所学知识理解更透彻。在设计的过程中我们也不可避免的遇到了很多的问题.尤其是在调试过程中,会因为某些原因出不来结果,或两个人之间出现了意见分歧,但在最后都达成了一致。总之,通过这次电子课程设计,笔者不仅对自己的知识有了更好的掌握和应用,更了解到团队精神的力量。只有从基本的电的知识学起，学习用基本电子电路制作一些小的电子作品，才能逐步对所学知识理解更透彻。虽然两周的课程设计非常短暂，但是我学到了好多，不仅巩固了自己本身的专业知识，而且提高了自己的实践能力，最重要的的是懂的了合作的重要性，这让我在以后的生活和工作上起到了促进以及桥梁作用，受益匪浅。在这里，笔者首先要感谢老

17、师对笔者的教育和指导，然后要感谢班上同学对笔者的帮助和支持。在此次课设中，笔者对以前所学的理论知识有了一个更深的理解，也充分理解了动手实践之重要性。笔者体会到了理论与实践的巨大差距。此次课设过程在图书馆查阅了大量资料，也积极的请教了老师。通过不懈的努力，也养成了独立思考的习惯，极大地培养锻炼了自己的动手能力。同时也让笔者懂得了团结合作的重要性。参考文献1杨兴瑶.实用电子电路500例.北京：化学工业出版社,1996.2阎石.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社,1997.3庞振泰,王采斐,屈宗明（译）.光电界面器件手册.北京：清华大学出版社,2000.4全新实用电路集粹丛书编辑委员会.报警器、

18、警示器应用电路集粹.北京：机械工业出版社，2005.附录一相关元器件介绍1.555芯片介绍555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V16V工作，7555可在318V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子

19、测量及自动控制等方面。555定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图2.9.1和图2.9.2所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3。附图1.1555管脚图555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V16V工作，7555可在318V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。555定时器成

20、本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图2.9.1和图2.9.2所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3。表附1-1555功能表脚号脚名功能脚号脚名功能1GND地5ControlVoltage控制电压2Trigger触发6Threshold阀值3Output输出7Discharge放电端4Reset复位8Vcc电

21、源附图1.2555工作波形图2.数码显示器七段发光二极管(LED)数码管LED数码管是目前最常用的数字显示器，图8-2-2-5(a)、(b)为共阴管和共阳管的电路，(c)为两种不同出线形式的引出脚功能图。一个LED数码管可用来显示一位09十进制数和一个小数点。小型数码管（0.5寸和0.36寸）每段发光二极管的正向压降，随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略有差别，通常约为22.5V，每个发光二极管的点亮电流在510mA。LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力。附图2.1共阴连接（“1”电平驱动）附图2.2共

22、阳连接（“0”电平驱动）附图2.3LED数码管3.CD4511芯片附图3.1为CD4511引脚排列图，其中：附图3.1CD4511的引脚图A、B、C、DBCD码输入端a、b、c、d、e、f、g译码输出端，输出“1”有效，用来驱动共阴极LED数码管。测试输入端，“0”时，译码输出全为“1”消隐输入端，“0”时，译码输出全为“0”LE锁定端，LE“1”时译码器处于锁定（保持）状态，译码输出保持在LE0时的数值，LE0为正常译码。表附3-1CD4511功能表输入输出LEDCBAabcdefg显示字形01111111010000000消隐01100001111110011000101100000110

23、01011011010110011111100101101000110011011010110110110110110001111101101111110000011100011111110111001111001101110100000000消隐01110110000000消隐01111000000000消隐01111010000000消隐01111100000000消隐01111110000000消隐111锁存锁存表附3-1为CD511功能表。CD511内接有上拉电阻，故只需在输出端与数码管笔段之间串入限流电阻即可工作。译码器还有拒伪码功能，当输入码超过1001时，输出全为“0”，数码管熄灭。4或门74LS3274LS32是通用数字电路四2输入或门，即有Y=A+B。其中A，B为输入端，Y为输出端，GND为电源负极，VCC为电源正极。管脚图和真值表如下所示：附图4.1：74LS32的管脚图附图4.2：74LS32的真值表附录二元件清单名称型号个数芯片NE5551芯片CD45111芯片74LS321共阴数码管HS3161AS1光耦ST1782蜂鸣器5V1瓷介电容0.11uF10.01uF1电阻10011507510210K247K151K1附录三电路总图附录四实物图