光电报警系统设计

光电报警系统设计-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

课程设计报告

中北大学

课程设计任务书

2012/2013 学年第一学期

学院：信息商务学院

专业：电子信息科学与技术

学生姓名：郝金风学号： 09050141X13 课程设计题目：光电报警系统设计

起迄日期： 12 月 31 日～ 1 月 18 日

课程设计地点：中北大学

指导教师：王伟

系主任：程耀瑜

下达任务书日期: 2012 年12月31 日

课程设计任务书

课程设计任务书

要求按国标GB 7714—87《文后参考文献著录规则》书写，例：1 傅承义，陈运泰，祁贵中.地球物理学基础.北京：科学出版社，1985

（5篇以上）

目录

引言 (6)

第一章设计要求 (7)

总体电路设计 (7)

光电报警器原理介绍 (8)

第二章光电报警器电路设计 (9)

光电转换模块设计 (9)

数字显示模块设计 (10)

声光报警模块设计 (12)

第三章 proteus电路仿真 (13)

电路仿真 (13)

第四章电路调试过程与测试结果分析 (16)

结论 (17)

参考文献 (18)

附录 (19)

引言

报警器的应用非常广泛。在汽车、摩托车报警器，仓库大门，以及家庭保安系统中，几乎无一例外地使用了报警器电路。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、实用性强等优点，但是也具有应用范围窄等缺点，而且安全性能也不是很好。光电式报警就很好的改善了这一点。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。

本文设计的光电式报警器是报警器和光耦小小的结合，但它可以运用到各种生产线上，如纺纱工业的监测各个丝线的有无断点，并加以提示，也可以稍加改进，让其能够计数，记录生产进度，安全性能高，节约了人力资源，并且不易出错，还能运用到人力不能监测的环境。可见光电报警器的运用可以延伸到各个行业，各个领域。

第一章光电式报警器的原理及总体设计总体电路设计

本电路由3部分组成：光电转换电路、数字显示电路、声光报警电路。设计双光路结构，通过光照光敏三级管输出高低电平来控制74LS247显示数字是哪路被挡，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。当任一光路被遮挡时，报警器发出间歇式声光报警。

芯片SN74LS247N是驱动共阳数码管的译码器，所以在共阳数码管之前要加几个100欧的电阻。

光电式报警器框图

光电报警器原理介绍

电路的工作原路如图，电路中的上侧为第一路，下侧电路为第二路电路，当两路电路都没有被遮挡的时候，光耦是导通的，即光耦上端两端电压都为低，然后经过74LS32或门以后的总的电压为低，低电压与555的管脚4相连，RS使得555输出一直为低，不能驱动蜂鸣器响，故不会响铃，同时光耦上端的的低电平信号与74LS247中的1、7脚输入的信号，输出的信号通过共阳数码管显示为0。

当光耦有其中一路被遮挡后，挡住的光耦不能短路，处于断开，两个光耦上端的电平有一个为高，另一个为低，然后经过74LS32或门以后的总的电压为高，高电压与555的管脚4相连，使得555能够正常工作，产生的矩形脉冲，使蜂鸣器会响铃。同时光耦上端的的高、低电平信号与74LS247中的1、7（7、1）脚输入的信号，输出的信号通过共阳数码管显示为1、2。

当两路光耦都被遮挡的时候，光耦就会都不导通，光耦在截止状态，即光耦上端两端电压都为高，然后经过74LS32或门以后的总的电压为高，低电压与555的管脚4相连，使得555输出一直为矩形脉冲，驱动蜂鸣器响，故会响铃，同时光耦上端的的高电平信号与74LS247中的1、7脚输入的信号，输出的信号通过共阳数码管显示为3。

第二章光电报警器电路设计

光电转换模块设计

光电转换电路图如图所示：

图光电转换采用光耦，光耦内由发光二极管和光敏三极管构成：采用5V 直流供电，为防止光耦烧坏，应该在二极管串联一个510Ω电阻。同时挡光的用具可以使用不透明的纸张，光耦中的小功率的发光二极管正常工作电流在10 mA～ 30mA范围内，根据欧姆定律，由I=U/R，U=5 V，10mA

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，锗管为左右）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，此时相当于工作在开关的断开状态，B点电势接近电源电压即为高电平“1”。

数字显示模块设计

数字显示电路选择SN74LS247N和共阳7段LEDS译码管，电路图如图所示：

图管脚图如图所示：

图：74LS247管脚图74LS247真值表如图所示：

图：SN74LS247N真值表

译码显示电路如下：实现A,B,C和D为低电平，数码管显示0。只有当A 为高电平显示1。只有当B为高电平显示2。A,B为高电平则显示3。

74LS247为BCD—七段译码器/驱动器，低电平时有效。所以在共阳数码管之前要加8个100欧的电阻，以保护数码管不被烧坏。

数码管分为共阳数码管和共阴数码管。发光原理是一样的，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。

此模块由SN74LS247N及共阳数码显示器组成，74LS247驱动共阳数码管工作。74LS247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，驱动共阳数码显示器工作，以显示数字0到3。

声光报警模块设计

声光报警电路可以采用555振荡电路实现，首先了解555芯片的结构性能：

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。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。

声光报警电路图如图所示：