光电检测技术实验设计

光电检测技术

实验报告

题目：光电报警系统的设计和制作学院：仪器科学与光电工程学院专业：测控技术与仪器

班级：

学生姓名：

指导老师：

实验三 光电报警系统的设计和制作

一、设计任务

红外报警器系统的原理框图如图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。系统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，报警处于不报警状态。一旦有人或物体进入这两部分之间。红外辐射被阻挡，报警器立即翻转到报警状态。

图1 红外报警器系统原理框图

二、设计方案

（1）发射端电路

用NE555组成振荡器来驱动发光管，NE555构成多谐振荡器原题图如图2所示。下面对照电路图简述其工作原理及参数选择。

图2 多谐振荡器

注：1地 GND 2触发 3输出 4复位 5控制电压 6门限(阈值) 7放电 8电源电压Vc

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

555振荡电路红外发射信号放大红外接收比较报警输出

红外光

（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Vo，则

限流电阻R取值为F F

O 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。

D2

LED

图3 振荡发射电路原理图

（2）光电检测、比较报警电路

D4

LED

R8

500

图4 光电检测放大器电路原理图比较报警电路的设计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。

三、调试过程及结果

（1）调试的过程

①检查用到的集成电路的电源端的电压是否正常（+5V、-5V、GND）注意面包板的是否接收良好，如果断路，用导线连接。

②测量NE555电路的输出端(第3脚为输出端），看是否有振荡波形输出（矩形波），如果没有，说明振荡电路有故障。

③测量光电二极管的两端看是否接收到信号（用示波器查看LF353的第2脚和第5脚信号），如果发射正常时没有信号，检查光电二极管是否处于反向偏置状态或者损坏。

④检测光电放大器的输出波形，确定这级的正确性。

⑤看比较报警电路的反向端的电压在光线阻挡和无阻挡的时候是否正常。

⑥测量输出是否正常。

（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5-图8所示。

图5 NE555芯片3脚输出波形图图6 放大器输出电压波形图

图7 比较器输出电压1 图8 比较器输出电压2

四、实验总结

通过本次光电设计实验，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。

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。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。

总之，这次设计，使我认识到了自己知识的局限性，培养了我们的动手能力，并使我们体会到了成功的感觉，对我们今后的学习起到了极大的促进作用。

四、附录

（1）光电报警原理图

U1NE555

OUT

3

RST 4VCC 8G N D

1

CV 5TRG 2THR 6DSCHG 7

C3104

+5V

C1104

R1

5.7K

R25.7K

R3

100

-

+U2A LF353

321

8

4

-+U2B LF353

56

78

4

+5V

-5V

-5V

R7

1K

R4100K

C2104

R52.2K

R65.7K

+5V

D32CU2B

-5V

+5V

D14007

附图 1