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1、.课程设计说明书课程设计说明书摘要摘要本文设计了一种光电式报警器，该报警器通过感光器件组成的光电转换电路，可以探测出光线是否被阻挡的信息，并通过把光信号转换成电信号来把这种信息传递至后面的数码显示电路以及声光报警电路以实现控制数码管的显示与报警器报警的功能。其中声光报警部分通过 555 定时器组成的多谐振荡器来控制蜂鸣器发出鸣叫声和发光二极管发出光亮来代替报警效果。整个设计利用了部分数字逻辑电路，能实现在报警过程中同时显示对应路数的功能。且该报警器的设计采用模块化结构，即：光电转换模块、报警模块和显示模块。各单元电路功能结构相对独立，可扩充性强，具有很高的经济利用价值。关键词：关键词：数码显示
2、，数码显示，555555 多谐振荡，光电转换，声光报警多谐振荡，光电转换，声光报警 光电式报警器.1目录前言.2第一章 基本设计任务及要求.31.1 基本设计要求3第二章 电路设计原理.42.1 系统工作原理及其组成42.2 元器件介绍42.3 单元模块72.3.1 光电转换模块.72.3.2 数字显示模块72.3.3 声光报警模块82.4 电路总体设计9第三章 电路焊接与调试.103.1 焊接注意要点.103.2 电路调试.10第四章 实验结论.11参考文献.12附录一 方案总实物图.13附录二 元器件清单.15光电式报警器.2前言前言报警器分为机械式报警器和电子报警器。经常应用于系统故障、
3、安全防范、交通运输、医疗救护、应急救灾、感应检测等领域。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，但是也具有应用范围窄等缺点，而且安全性能也不是很好。本次课程设计的题目是“光电报警器” ，光电报警就很好的改善了这些方面。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。在当今高速发展的社会中，入室盗窃率的不断提高。家、学校
4、宿舍、办公室的财产安全存在很多的隐患，当家中无人或仅有老人孩子在家或者在家熟睡，必须确保家庭成员和财产的安全。众多住宅小区，学校宿舍，办公室的安防主要是依靠安装防盗门、防盗窗以及人工防范来实现的。这样不仅有碍美观，而且还不能有效地防止小偷的侵入，而光电报警器就可很好解决这个问题。所以现在可以在窗户和门上安上这种光电报警器，这样可以更有效地防盗，并且还可以通过无线主机，实现远程监控，减少不少物力和财力，它可广泛地应用于智能化小区，宿舍，办公室，金融部门的储蓄网点，写字楼，仓库，企事业单位等分散营业场所的安全防范中。光电式报警器.3第一章第一章 基本设计任务及要求基本设计任务及要求1.1 基本设计
5、要求基本设计要求1.设计双光路结构，当任一光路被遮挡时，报警器发出间歇式声光报警。2.数码管显示被遮挡的路数，无遮挡时数码管显 0，1 路被遮挡时数码管显 1，2 路被遮挡时数码管显 2，同时被遮挡时数码管显 3。3输入电压为 5V，输入电流为 0.5A。第二章第二章 电路设计原理电路设计原理2.12.1 系统工作原理及其组成系统工作原理及其组成本设计首先接通电源通过光耦将光信号转化成电信号。输出的信号通过 74LS48译码器使共阳数码管显示不同的数字，通过 74LS32 或门驱动 555 定时器构成的多谐振荡电路，使蜂鸣器和发光二极管发出间歇式声光报警。光 控 电 路光 控 电 路显 示 译
6、 码数 码 显 示触 发 信 号多 谐 振 荡声 光 报 警光电式报警器.4图 2.1 工作原理框图2.22.2 元器件介绍元器件介绍1 光耦（H92B4）光耦原理图见图 2.3.1。光耦的型号为 H92B4，由发光二极管和光敏三极管构成的，有 4 个管脚。当光敏三极管接收到二极管发射的光时，其工作在饱和导通状态，当光敏三极管无法接收到二极管发射的光时，三极管工作在截止状态。1 和 4 脚接电源，并要加限流电阻。图 2.2.12.或门（74LS32） 74LS32 管脚图如图 2.3-2 所示图 2.2.2：74LS32 管脚图74LS32 为四 2 输入或门。实现逻辑为：Y=A+B其中 A，
7、B 为输入端，Y 为输出端，GND 为电源负极，VCC 为电源正极3.译码器（74LS48）74LS48 是一款高电平驱动的数字译码芯片，输出有效点位为高电平，可以配上共阴的数码管，我们也可以选着 74LS247 低电平驱动的和共阳数码管，更具自己的喜好选着不同芯片，本品采用的是 74LS48。芯片 74LS48 为共阴数码管的译码器，所以在共阴数码管之前要加 8 个 330 欧的电阻，以保护数码管不被烧坏，倘若数码管显示的过亮了就要增大电阻的阻值。光电式报警器.574LS48 管脚图如图 2.3.3 所示：图 2.2.3：74LS48 管脚图4.数码管数码管分为共阳数码管和共阴数码管。发光原
8、理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。7 段 LED 数码管在一定形状的绝缘材料上，利用单只 LED 组合排列成“8”字型的数码管，分别引出它们的电极，点亮相应的点划来显示出 0-9 的数字。LED 的电流通常较小，一般均需在回路中接上限流电阻。图 2.3-4 为数码管的内部结构。图 2.2.4：数码管内部结构本次课程设计使用的为共阴数码管。共阴数码管在应用时应将公共极 COM 接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为低电平时，相应字段就不亮。怎样测量数码管引脚，分共阴和共阳?找公共共阴和公共共阳首先，我们找个电源（3 到 5 伏）和 1 个 1K
9、（几百的也欧的也行）的电阻， VCC 串接个电阻后和 GND 接在任意 2 个脚上，组合有很多，但总有一个 LED 会发光的找到一个就够了， ，然后用 GND 不动，VCC（串电阻）逐个碰剩光电式报警器.6下的脚，如果有多个 LED（一般是 8 个） ，那它就是共阴的了。相反用 VCC 不动，GND 逐个碰剩下的脚，如果有多个 LED（一般是 8 个） ，那它就是共阳的。也可以直接用数字万用表，红表笔是电源的正极，黑表笔是电源的负极。5555 定时器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
10、，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器可在 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。图 2.3.5 为 555 定时器的内部结构及管脚排列。图 2.2.5：555 定时器内部结构（a）及管脚排列（b）555 定时器只需外接几个电阻、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。555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 A1 的反相输入端的电压
11、为 2VCC /3，A2 的同相输入端的电压为 VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于 VCC /3，则比较器 A2 的输出为 1，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 A1 的输出为 1，A2 的输出为 0，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。2.32.3 单元模块单元模块2.3.12.3.1 光电转换模块光电转换模块：由于发光二极管的工作电压大约在 2.5V，工作电流大约在 4 到 10mA，并且电源电压为 5V，所以 R3=（5V-2.5V）/（4mA10mA）=25062
12、5，设计中选了 240光电式报警器.7限流电阻，选 510 限流电阻也可。三极管有放大作用，所以集电极的电流较大，所以要加一个阻值较大的电阻 R4 作为限流电阻，因此选择了 20K 电阻。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（一般为硅管为 0.7V，锗管为 0.3V 左右）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，B 点相当于直接接地，所以 B 点输出为低电平“0” 。当一旦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
13、在开关的断开状态，B 点电势接近电源电压即为高电平“1” 。2.3.22.3.2 数字显示模块数字显示模块图 2.3.2此模块由 74LS48 及共阴数码显示器组成，74LS48 驱动共阴数码显示器工作。74LS48 的 2，6 脚因无输入，故接低电平，3，4，5 脚接高电平，而 1,7 脚则与光电转换模块中光敏三极管输出的连接。此时 74LS32 正常工作，驱动共阴数码显示器工作，以显示数字 0 到 3。2.3.32.3.3 声光报警模块声光报警模块光电式报警器.8图 2.3.3根据设计要求要发出间歇式的声光报警，声音报警选择蜂鸣器，光报警选择发光二极管。要能发出间歇式的报警，肯定要求驱动蜂
14、鸣器和发光二极管的信号为稳定的方波，即为有固定周期的高低电平，所以采用由 555 构成的多稳态触发器。间歇式报警的周期可以根据 555 多稳态触发器周期的算法T=0.7*（R5+2R6）*C1（公式 2.4.31）但是周期选择得太大的话，间歇的时间太长，周期太小的话，人耳无法感觉出有间歇，一般人耳的间歇感知度为 0.1s，所以 R5、R6 选得大一点分别取 200k 和100k，C1 适中取 1uF，间歇报警的周期为 0.7*（200k+100 k*2）*1uF=0.28s,频率约为 1/0.28s=3.5Hz。电容 C2 是用来滤波的，所以选得小一点更有利于将交流引入大地，因而取 C2=0.
15、01uF。由于设计的要求是有时需要报警电路工作，有时不需要报警，所以可以用前级电路的输出电平来控制 555 定时器的复位端即 4 端口。当 4 端输入高电平的时候，声光报警器工作；当输入低电平的时候，声光报警器不工作。光电式报警器.92.42.4 电路总体设计电路总体设计图 2.4.1电路总体设计电路图见图 2.4.1。根据设计要求没有光路被遮挡时数码管显示 0，光路 1 被遮挡时数码管显示 1，光路2 被遮挡时数码管显示 2，两条光路都被遮挡时数码管显示 3，所以可以得到一真值表见表 2.4.1。表 2.4.174LS32 374LS32 674LS48 A74LS48 B000001011
16、0101111根据真值表可以得，直接将 74LS48 芯片 A 端与 74LS32 芯片的 3 脚相连，74LS48芯片 B 端与 74LS32 芯的 6 脚相连即可。当两条光路中有一条或全部被遮挡住时，就发出声光报警，即两条光路中只要有一条输出为“1”时 555 的 4 端口就输入“1” ，可以根据此要求列出真值表见表2.4.2。表 2.5.2ABC000光电式报警器.10011101111根据真值表可得 C=A+B，所以在 A、B 与 C 之间用或门 74LS32 来连接。综上所述，电路设计完毕。第三章第三章 电路焊接与调试电路焊接与调试3.13.1 焊接注意要点焊接注意要点焊接时，每焊接完一个模块都要进行调试。不要把所有的电路全部焊接完了再进行调试，否则如果出现问题将会很难查出来，而且还会给修改电路带来不必要的麻烦。芯片的管脚要正确读取，接电源的管脚和接地的管脚不搞反了。万能板上的电源线和地线要分清楚，焊接时千万不要搞错了。芯片的安装要注意芯片管脚和插座管脚要对应。数码管的两个公共端要分别接电阻后再接地。3.
