光电课程设计报告2012

课程设计总结报告课程名称：《光电技术》课程设计学生姓名：邓跃斌、付炜、黑阳超、林松系别：物理与电子学院专业：电子信息科学与技术指导教师：雷立云2012年11月29日目录一、设计任务书 (3)1、课题 (3)2、目的 (3)3、设计要求 (3)二、实验仪器 (3)三、设计框图及整体概述 (4)四、各单元电路的设计方案及原理说明 (4)N E定时器构成多谐振荡器作调制电源 (5)1、用555N E电路结构 (5)（1）555N E定时器组成的多谐振荡器 (5)（2）由555（3）发射端电路 (6)L F放大器构成接收放大电路 (7)2、用353（1）光放大器 (7)（2）光比较放大器 (7)五、调试过程及结果 (8)1、调试的过程及体会 (8)2、调试结果 (8)六、设计、安装及调试中的体会 (9)七、对本次课程设计的意见及建议 (9)八、参考文献 (10)九、附录 (10)1、整体电路图 (10)2、课程设计实物图 (10)3、元器件清单 (11)一、设计任务书1、课题光电报警系统设计与实现。

2、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、设计要求（1）基本要求用555N E构成占空比为0.5多谐振荡器作发光二极管的调制电源，并对参数选择进行分析说明；选用324L M构成比较放大器进行报警电路设计；画出所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）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。

如需要闪烁报警，电路如何设计？二、实验仪器多功能面包板………………………………………………………………1块T D S.60M H z.1Gs s双通道数字存储波示器………………………1台1002YB A A直流稳压电源…………………………………………………1台17333万用表………………………………………………………………………1台三、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1、用555N E定时器构成多谐振荡器作调制电源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）555N E 电路结构555N E 定时器的内部电路由分压器、电压比较器1C 和2C 、简单SR 锁存器、放电三极管T 以及缓冲器G 组成，555N E 集成电路的内部结构如图2所示，管脚图如图4所示。

图2 NE555集成电路的内部结构图图3 NE555 集成电路管脚图（2）由555N E 定时器组成的多谐振荡器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F I 。

若振荡器输出电压为V o ，则限流电阻R 取值为F FO I V V 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）发射端电路如图4，当，，Ω=Ω=k 1002R k 101R C1=0.1F μ,C2=0.01F μ,)117.1(/1f C R ≈时，输出方波的占空比满足设计要求，即为50%。

占空比为50%的方波发射电路如图5所示。

图5 发射端电路图2、用12353LF放大器构成接收放大电路（1）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）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1、调试的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，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、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这次课程设计总的说来，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1、整体电路图附图 12、课程设计实物图附图 23、元器件清单。