光电课程设计报告2012

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1、课课程程设设计计总总结结报报告告 课程名称课程名称： 光光电电技技术术课课程程设设计计 学生姓名学生姓名： 邓邓跃跃斌斌、付付炜炜、黑黑阳阳超超、林林松松 系系 别别： 物物理理与与电电子子学学院院 专专 业业： 电电子子信信息息科科学学与与技技术术 指导教师指导教师： 雷雷立立云云 2012 年 11 月 29 日 目目 录录 一、设计任务书一、设计任务书 3 3 1 1、课题、课题3 3 2 2、目的、目的 3 3 3 3、设计要求、设计要求 3 3 二、实验仪器二、实验仪器3 3 三、设计框图及整体概述三、设计框图及整体概述 4 4 四、各单元电路的设计方案及原理说明四、各单元电路的设计

2、方案及原理说明 4 4 1 1、用、用定时器构成多谐振荡器作调制电源定时器构成多谐振荡器作调制电源 5 5 555NE （1 1）电路结构电路结构 5 5 555NE （2 2）由）由定时器组成的多谐振荡器定时器组成的多谐振荡器 5 5 555NE （3 3）发射端电路）发射端电路 6 6 2 2、用、用放大器构成接收放大电路放大器构成接收放大电路7 7353LF （1 1）光放大器）光放大器 7 7 （2 2）光比较放大器）光比较放大器 7 7 五、调试过程及结果五、调试过程及结果 8 8 1 1、调试的过程及体会、调试的过程及体会 8 8 2 2、调试结果、调试结果 8 8 六、设计、安装

3、及调试中的体会六、设计、安装及调试中的体会 9 9 七、对本次课程设计的意见及建议七、对本次课程设计的意见及建议 9 9 八、参考文献八、参考文献 1010 九、附录九、附录 1010 1 1、整体电路图、整体电路图 1010 2 2、课程设计实物图、课程设计实物图 1010 3 3、元器件清单、元器件清单 1111 一、设计任务书一、设计任务书 1 1、课题、课题 光电报警系统设计与实现。 2 2、目的、目的 本课程设计的基本目的在于巩固电子技术、光电技术、感测技术以及传感 器原理等方面的理论知识，从系统角度出发，培养综合运用理论知识解决实际 问题的能力，并养成严谨务实的工作作风。通过个人收

4、集资料，系统设计，电 路设计、安装与调试，课程设计报告撰写等环节，初步掌握光电系统设计方法 和研发流程，逐步熟悉开展工程实践的程序和方法。 3 3、设计要求、设计要求 （1 1）基本要求）基本要求 用构成占空比为 0.5 多谐振荡器作发光二极管的调制电源，并对参555NE 数选择进行分析说明；选用构成比较放大器进行报警电路设计；画出所324LM 做实验的全部电路图，并注明参数；记录调试完成后示波器输出的各测量点电 压波形。 （2 2）扩展要求（选做）扩展要求（选做） 分析影响作用距离的因素，提出提高作用距离的措施；设想光电报警系统 的应用场合，并根据不同应用提出相应电路的设计方案。如需要闪烁报

5、警，电 路如何设计？ 二、实验仪器二、实验仪器 多功能面包板1 块 双通道数字存储波示器1 台1002TDS60MHz1Gs s 直流稳压电源1 台1733 3YBA A 万用表1 台 三、设计框图及整体概述三、设计框图及整体概述 光电报警系统是一种重要的监视系统。目前其种类日益增多。有对飞机、 导弹等军事目标入侵进行的报警系统；也有对机场、重要设施或危禁区域防范 进行报警的系统。红外报警系统是各种报警器中使用最多的一种，它是利用在 红外波段的光电探测器制作的一种光电探测系统。常用的红外报警器，按其工 作方式可分为被动式和主动式两种。 被动式红外报警器只有接收部分，当有人和物体进入其监视范围之

6、内时， 人或物体发出的红外辐射被相应的红外探测器接收后，经过信号放大和处理， 就会发出报警。 主动式红外报警器的原理框图如图 1 所示。由红外光源发出的红外辐射被 红外探测器接收，红外辐射信号变为电信号，经信号放大和处理电路后送报警 电路。这种报警器实际上分成发送和接收两部分，分开放置。当没有人和物体 进入这两部分之间，红外辐射没有被阻挡时，报警处于一种状态，不报警。一 旦有人或物体进入这两部分之间。红外辐射被阻挡，报警器立即翻转到另一种 状态，即可报警。 图 1 主动式红外报警器原理框图 一般来说，被动报警系统的保密性好，但是设备比较复杂；而主动报警系 统可以利用特定的调制编码规律，达到一定

7、的保密效果，设备比较简单。考虑 到元器件及其他设备要求，本课程设计采用主动式红外报警器工作方式。 四、各单元电路的设计方案及原理说明四、各单元电路的设计方案及原理说明 1 1、用、用定时器构成多谐振荡器作调制电源定时器构成多谐振荡器作调制电源 555NE 555 定时器是一种应用方便的中规模集成电路, 广泛用于信号的产生、变 换、控制与检测。 （1 1）电路结构电路结构 555NE 定时器的内部电路由分压器、电压比较器和、简单锁存555NE 1C2C SR 器、放电三极管以及缓冲器组成，集成电路的内部结构如图 2 所示，TG555NE 管脚图如图 4 所示。 图 2 NE555 集成电路的内部

8、结构图 8765 1234 NE555 图 3 NE555 集成电路管脚图 （2 2）由）由定时器组成的多谐振荡器定时器组成的多谐振荡器 555NE NE555 集成电路的内部结构可参看图 2。用它构成占空比为 0.5 的多谐振 荡器原题图如图 4 所示。下面对照电路图简述其工作原理及参数选择。 当 3 脚为高电平（略低于 Vc 时） ，输出电压将通过 R1 对 C1 充电。A 点 电压按指数规律上升，时间常数为 R1C1。 当 A 点电压上升到上限阙值电压（约 2Vc/3 时） ，定时器输出翻转成低电 平（略大于 0V） 。这时，A 点电压将随 C1 放电而按指数规律下降。当 A 点下降 到

9、下限阙值电压（约 Vc/3）时，定时器输出变成高电平，调整 R2 的阻值得到 严格的方波输出。 用 NE555 组成振荡器来驱动发光管时，要注意发光管上串联一个限流电 阻。使输出电流小于或等于发光管的最大正向电流。若振荡器输出电压为 F I Vo，则限流电阻 R 取值为 F FO I VV R 如果限流电阻低于上述公式所得值，或未加限流电阻，则会造成发光管和 定时器烧毁。 图 4 多谐振荡器 （3）发射端电路）发射端电路 如图 4，当C1=,C2=,，k1002Rk101R0.1 F0.01 F 时，输出方波的占空比满足设计要求，即为 50%。占空比为 50%) 117 . 1 ( / 1fC

10、R 的方波发射电路如图 5 所示。 图 5 发射端电路图 2 2、用、用放大器构成接收放大电路放大器构成接收放大电路1 2353LF （1 1）光放大器光放大器 利用光敏二极管的反向特性，当接收到光信号时，光敏二极管导通良好， 产生电压，放大器即可对信号处理；当没有接收到光信号时，光敏二极管截止， 放大器的同相端电压几乎为 0。利用 1/2LF353 构成的光放大器，如图 6 所示。 图 6 光放大器电路图 （2 2）光比较放大器）光比较放大器 图 7 光比较放大器电路图 电路如图 7 所示。用 1/2LF353 构成一个比较放大器。放大器的正端加 2V 左右偏压，负端加信号电压。当光线未阻断

11、时，从主放大器来的交流信号经二 极管检波电路，再经 R5C3 低通滤波器后得到直流电压，使后面的放大器负载输 入端电位大于（或等于）正输入端电位。则放大器输出电压近似为 0，LED 管截 止，不发光。当光线被阻断时，信号消失，光放大器只有正端加正电压，输出 为正电压，LED 指示管导通发出黄色光以示报警。电阻 R8 是 LED 限流电阻。 五、调试过程及结果五、调试过程及结果 1 1、调试的、调试的过程及体会过程及体会 通过本次设计，使我认识到调试的重要性。总的说来，这次光电设计的电 路并不是特别难，并且使用面包板来实现，相对 PCB 说来，也相对简单得多。 但调试过程中，我还是遇到了一些问题

12、，这使我充分认识到自己动手能力的缺 乏。布线方面，一开始总是很随意，布局很凌乱，而且没有一边布线，一边测 量某些参数，等到全部弄好后，再出现问题时，往往不知如何去查找问题。还 有，导线的选取要认真，往往导线出现问题时最难发现的。还有，调试最重要 的一点，就是要有耐心，千万莫半途而废，或太过急躁，这样调试的话，往往 很难解决问题。 2 2、调试结果、调试结果 根据各关键节点的理论计算，逐步判断各关键节点的参数是否符合设计要 求。本设计中的关键节点有如下几个：555 芯片 3 脚电压（输出电压） 、放大器 输出电压、比较器输出电压。 以上各关键节点的电压测试数据分别如图 8-图 11 所示。 图

13、8 NE555 芯片 3 脚输出波形图 图 9 放大器输出电压波形图 六、设计、安装及调试中的体会六、设计、安装及调试中的体会 通过本次光电设计，使我对光电知识的实际应用有了更深刻的理解和体会， 这次课程设计，不仅提高了我的动手能力,使我对设计的整个流程有了一定的了 解，更使我了解光电知识应用的广泛性和前景。设计的成功，极大的提高了的 我的自信心，促进了我对光电的学习兴趣，使我明白了理论联系实际的重要性。 此次设计使得我清楚了一项设计的整体流程：明确设计要求，功能及功能 模块的设计，查阅相关资料和确定元器件，电路连接、调试、调整改进与检查， 电路成型，总结；设计电路时，我上网查阅了很多资料和论

14、文，这也培养了我 搜索知识的能力，开拓了我的视野。电路的设计，还巩固了我模电的知识。电 路的连接和调试极大的提高了我的动手实践能力，这也是目前我最缺乏的。调 试过程中，使我明白动手的重要性，实践出真知。理工科的学生，就应该具备 这样的动手能力。最后，设计报告的制作，又使我熟练掌握了原理图的绘制， Word 软件的多功能操作。还培养了我整理知识的能力，使我熟悉了报告制作的 基本要求。 总之，这次设计，使我认识到了自己知识的局限性，培养了我的动手能力， 并使我体会到了成功的感觉，对我今后的学习起到了极大的促进作用。 七、对本次课程设计的意见及建议七、对本次课程设计的意见及建议 这次课程设计总的说来

15、，已经是相当成功了，绝大多数的同学都很好的完 成了该设计，这次设计，促进了同学们的学习和动手的积极性，班级形成了很 好的学习气氛。建议的话，有如下几个方面： 第一，元器件方面，希望能给我们更大的自由空间，让我们可以自由进行 电路的设计和调试，而不必受元器件的制约。 第二，希望以后课程设计的时间能安排的更合理，希望能早些进行，而不 必安排在期末，这样同学们的时间能更充裕。 第三，红外线对管的发光太弱，黑管很难接受到白管发射的红外线信号，以至于报 警指示灯经常处于长亮的状态。希望能换成更好的红外对管进行试验，效果会更加好。 九、附录九、附录 1 1、整体电路图、整体电路图 附图 1 2 2、课程设计实物图、课程设计实物图 附图 2 3 3、元器件清单、元器件清单 元器件数量元器件数量 500 1NE5551 1K2 芯片 LF3531 5.6K1 发射管 1 10K2 接收管 1 电阻 100K2 发光二极管 1 1031 二极管 整流二极管 1 电容 1042 附表 1