高低限越限声光报警器

（2015年 7 月 15日课程设计说明书题 目：高、低限越限声光报警器电路设计 学生姓名：刘伟 学 院：机械学院系 别：测控系专 业：测控技术与仪器 班 级：测控12-2 指导教师：徐永祥 徐刚摘要光敏学是一门高度交叉的综合学科，它广泛涉及电学、物理学、计算机学、自动控制功能等多个领域，在当今世界有很好的发展前景。

光敏声光报警器是光敏研究领域的杰出代表。

它具有体积小，制作简单，零件易找的优点。

当光线较亮时光敏电阻阻值减小，致使流入蜂鸣器的电流增大到其额定电流时，蜂鸣器开始鸣响报警。

所以常用于存放贵重物品的保险柜，塑料大棚对光照的控制等等。

与其他报警器相比，光敏声光报警器就有很多优点，比如说自动性强、灵敏度高、体积小、便于安装。

不仅如此，从技术发展的角度考虑，光敏报警器的研究将会对传统的机械结构、控制方式产生深远影响，并将极大地促进光敏学的研究和应用，使人类更好地运用光敏学。

关键词：光敏传感器前置放大器功率放大信号处理目录引言 (1)第一章 (2)1．1光敏声光控制报警器存在的问题 (2)1-2主题 (2)1.2.1主题内容 (2)1.2.2现状评述 (2)第二章 (3)2.1光敏传感器 (3)2.2前置滤波器 (4)2.3抗干扰电路 (5)2.4信号处理电路 (6)2.5功率放大器 (7)2.6窗口比较器 (8)第三章 (10)3.1报警器故障引起的误报警 (10)第四章 (11)4.1市场分析 (11)4.2建设规模 (11)4.3盈利分析 (11)总结 (12)参考文献 (13)引言20世纪中期，随着计算机技术、自动化技术和太阳能技术的发展，光敏声光报警器开始美国得到研究和发展，使其在工业生产中得以广泛使用。

光敏声光报警器的最初出现是传统的光学与近代电子技术相结合的产物，如今光敏声光报警器是综合了多学科而形成的高新技术产物，是当代十分活跃的研究开发领域。

为了跟上社会进步、经济发展的步伐，光敏声光报警器以不同的种类正逐步应用在到各行各业，对国民经济发展有着举足轻重的作用。

自80年代以后，伴随着物理学、电学、计算机学的发展，光敏学已经得到了很快的发展。

美国将光敏电阻插入到电路中，用以通过光照的强弱来改变电路中的电流，进以控制某个元件的工作。

比如楼道中的光控灯，白天时的光照比较强，所以灯就自动熄灭；黑天使关照较弱，灯就会自动点亮，这样就节省了很多能源。

还有炸弹中的控制开关，当炸弹的外壳被打开时，光照变强，炸弹就会引爆。

还有商店中的迎宾电路，也让光敏学也有了很大的发展空间。

第一章1．1光敏声光控制报警器存在的问题（1）光敏电阻的阻值不易调整；（2）光的强弱不易控制；（3）受温度的影响较大；1-2主题1.2.1主题内容温室大棚光敏声光报警器来决定光照强度过强农作物是否需要浇水。

以此来保护农民的农作物不受损失。

1.2.2现状评述目前因为有些农民居住地离温室大棚的距离较远，所以不能根据光照的强弱及时对农作物浇水，所以需要一个可以较远距离传输温室大棚的光照强度的传感器。

以此来挽回那些必要的损失。

第二章2.1光敏传感器光敏传感器工作原理：光敏传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的装置。

它的敏感波长可在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。

光敏电阻工作原理; 光照时，电阻很小，无光照时，电阻很大。

光照越强，电阻越小，光照停止，电阻又恢复原值。

光谱范围：从紫外线区到红外线区。

优点：灵敏度高，体积小，性能稳定，价格较低。

光敏电阻的性能参数：光敏电阻不受光照时的电阻称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。

在受到光照时的电阻称为亮电阻，此时电流称为亮电流。

暗电阻越大越好。

实际应用时，暗电阻大约在兆欧级，亮电阻大约在几千欧以下。

光敏电阻的伏安特性：图2-1：光敏电阻伏安特性下图是亮光报警电路，当有光照射R1时其阻值减小，Q1的基级电位高于发射极，即Us则Q1导通，Q2和Q3也导通，蜂鸣器U1鸣叫告警。

Us的大小可由电位器RP设定，它与光照度的电平相对应。

此电路可用于各种防盗装置。

如果用继电器替代蜂鸣器，就可构成路灯自动亮灭电路。

图2-2声光报警电路2.2前置滤波器滤波器主要分为有源滤波器和无源滤波器。

主要作用是让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的反射。

滤波器一般有两个端口，一个输入信号、一个输出信号，利用这个特性可以选通通过滤波器的一个方波群或复合噪波，而得到一个特定频率的正弦波。

滤波器的功能就是允许某一部分频率的信号顺利的通过，而另外一部分频率的信号则受到较大的抑制，它实质上是一个选频电路。

滤波器中，把信号能够通过的频率范围，称为通频带或通带；反之，信号受到很大衰减或完全被抑制的频率范围称为阻带；通带和阻带之间的分界频率称为截止频率；滤波器是由电感器和电容器构成的网路，可使混合的交直流电流分开。

电源整流器中，即借助此网路滤净脉动直流中的涟波，而获得比较纯净的直流输出。

最基本的滤波器，是由一个电容器和一个电感器构成，称为L型滤波。

所有各型的滤波器，都是集合L型单节滤波器而成。

基本单节式滤波器由一个串联臂及一个并联臂所组成，串联臂为电感器，并联臂为电容器。

在电源及声频电路中之滤波器，最通用者为L型及π型两种。

就L型单节滤波器而言，其电感抗XL与电容抗XC，对任一频率为一常数，其关系XL·XC=K2。

我们知道在光电系统中，光电探测器所接收的光信号十分微弱，光电探测器输出的信号，往往被深埋在噪声之中，要对这样微弱的信号进行处理，一般还不具备条件，需要进行预处理。

预处理的目的是：匹配后置处理器与光电探测器之间的阻抗，使之达到噪声匹配；滤除部分噪声提高信噪比；放大探测器输出的微弱信号到后置处理器所要求的电平幅度，对光电信号进行必要的转换处理器的前置放大器与有源滤波器的噪声性能和低噪声设计。

所以应当在上图中加入前置放大器和有源滤波器。

通过传感器输入的信号，一般信号幅度很小(毫伏甚至微伏量级)，且常常伴随有较大的噪声。

对于这样的信号，第一步通常是采用仪表放大器先将小信号放大。

这个放大的最主要目的不是增益，而是提高电路的信噪比，将需要的信号从噪声中分离出来；同时仪表放大器电路能够分辨的输入信号越小越好，动态范围越宽越好。

仪表放大器电路性能的优劣直接影响到智能仪表仪器能够检测的输入信号范围。

图2-3前置滤波电路2.3抗干扰电路输入信号可能会有一些干扰信号，误碰传感器也会产生一些电信号，这些信号与光照所产生的信号会混在一一起，会影响对所需信号的采集。

因此，有必要在信号刚输入时，设置一个抗干扰电路，以便取出当光照在传感器上时产生的真是信号，抗干扰的电路如图。

图2-4抗干扰电路由IC1和外围电路组成的多谐振荡器，起到了抗干扰的作用。

2.4信号处理电路当光照在传感器上时，会产生电信号，而电信号传到机器输入端时是很微弱的，为了方便后面的电信号处理，必须进行放大，并设置一适当的电平门槛，清除小的信号干扰信号处理如图。

图2-5信号处理电路信号处理电路中采用了LM324运算放大器，IC2-A对输入的信号先放大，其增益为100k/10k=10倍（相当于20db）,放大后的信号由IC2-B射极跟随器，输入到倍压整流电路，经滤波后为一直流电压，IC2-C为比较电路，其门槛电12Vx10k/100k=1.2V, 通过比较器后，只要低于1.2V的信号，就不能通过，只有高于1.2V的信号（正常信号可以达到5-6V），通过比较器输出一高电平，推动后面的晶体管，从而使继电器动作。

2.5功率放大器因为要求输出功率较大，采用TA7240组成BTL功率放大器，如图所示图2-6功率放大器放大器I是同相放大器，放大器Ⅱ是方向放大器，电阻R7，R8对放大器输出进行衰减，R7，R8分压的衰减量等于放大器Ⅱ的电压增益量。

这样，在放大器Ⅱ上得到与放大器I相同电平的反相输出，在这种情况下，BTL电路的增益比单个放大器I 的增益高1倍，即6db。

但在电路设计时，因电压增益高，输出功率大，因此使用中稍有不妥，很可能引起振荡，所以需要采取一些防振措施：①：在输出端和地（电源）之间加接防振电容，使用时容量要大一些，且温度特性要好; ②在放大器输入端之间加接1000pf电容；③输入信号电流的地电位和功放功率大的地电位不能直接连在一起。

2.6窗口比较器如图所示为一种窗口比较电路，外加参考电压Urh >Url,电阻和稳压管Dz则构成限幅电路。

如图图2-7窗口比较器它的传输特性如下图图2-8传输特性当输入电压大于Urh时，必然大于Url，所以，集成运放U1的输出Uo1=+Uom，U2输出Uo2=-Uom。

使得二极管D1导通，D2截止，电流通路如上图所标注，稳压管Dz工作在稳压状态，输出电压Uo=+Uz。

当入电压小于Url时，必然小于Urh,所以，U1输出Uo1=-Uom,U2输出Uo2=+Uom。

因此，D2导通，D1截止，电流通路如图中虚线所标注，Dz工作在稳压状态。

Uo仍为+Uz。

当Url<输入电压<Urh时，Uo1=Uo2=Uom,所以，D1和D2均截止，稳压管截止，Uo=0V。

Urh和Url分别为比较电路的两个阈值电压，设Urh和Url均大于零，则如上图所示。

图2-9声光报警器电路图第三章3.1报警器故障引起的误报警产品在规定的条件下、规定的时间内，不能完成规定的功能，称为故障。

故障的类型有损坏性故障和漂移性故障。

损坏性故障包括性能全部失效和突然失效。

这类故障通常是由元器件的损坏或生产工艺不良(如虚焊等)造成。

漂移性故障是指元器件的参数和电源电压的漂移所造成的故障。

例如：温度过高会导致电阻阻值的变化，此时设备表现为时好时坏。

事实上，环境温度、元件制造工艺、设备制造工艺、使用时间、储存时间及电源负载等因素都可能导致元器件参数的变化，产生漂移性故障。

无论是损坏性故障还是漂移性故障都将使系统误报警，要减少由此产生的误报警必须提高产品的设计水平和工艺水平，在作系统设计的同时，还需作可行性设计，如冗余设计、三防设计(防潮、防盐雾、防霉菌)等。

在此基础上，提高产品制造过程的可行性，如对元器件质量的严格筛选；第四章4.1市场分析温室大棚种植蔬菜现在是一个普遍的趋势，市场范围很广，但是居住地离温室大棚距离较远的客户数量不会太多，所以市场有些不太乐观。

4.2建设规模该传感器体积小，灵敏度高，稳定性也相对较好，但是局限于较小的市场规模，不适合大规模生产。

4.3盈利分析该传感器生产成本较低，所以就单个传感器而言，盈利情况还是比较乐观。

总结在这么多天的找资料的过程中，发现可用的资料实在是特别少，只有那么寥寥无几的文献兴许还有用，一上手看到自己的课题，发现读着非常别扭，但是经过老师的指导之后，对要做的事情多少有了些许的了解。