透射式光电开关的电路设计

透射式光电开关电路的设计

一、设计任务

当手靠近红外发射管和红外接收管时，蜂鸣器发出声音，发光二极管点亮，手移开后立即停止发声，发光二极管熄灭，响应时间短，灵敏度较高。电路利用5V 直流电压供电，可以用不透明的物体位于或经过它们上方，模拟实验，只有当不透明的物体离开红外对管的上方，蜂鸣器才会停止发声，发光二极管才会熄灭。 二、设计方案 1、工作原理

光电开关是一种利用感光元件对变化的入射光加以接收，并进行光电转换，同时加以某种形式的放大和控制，从而获得最终的控制输出“开”、“关”信号的器件，它的发光元件和接收元件的光轴是重合的。当不透明的物体位于或经过它们的上方时，会阻断光路，使接收元件接收不到来自发光元件的光，这样就起到了检测作用。常用的光电开关是利用物体对近红外线光束的反射原理。

该电路是由红外发射管,红外接收管为核心的光电开关电路，以电位器运放LM358为核心的电路，以两个三极管9012 （PNP

型）、蜂鸣器Y1、两个发光二极管为核心元件的声音输出、

显示电路构成。

当通上5V 电源电压时，红外发射管导通，发出红外光，如果此时没有用手或不透明的物体挡住光，则红外接收管没有接受到红外光，红外接收管仍然处于反向截止状态。红外接收管负极的电压仍然为高电平，并送到LM358的3脚上。LM358的2脚的电压取决

1B 2B 3R 2

1V V 、21A A 、1B 2B 2B 2B

于电位器R3，当调节电位器R3到合适的时候，就能保证LM358的3脚的电压大于LM358的2脚的电压,根据LM358电压比较器的工作原理,当V+ > V-的时候, LM358的1脚就会输出，即高电平，并通过

电阻R3送到PNP 型9012三极管的基极，致使三极管截止，蜂鸣

器不发声，发光二极管熄灭。

当用手或不透明的物体位于或经过红外对管的上方时，使接收元件接收不到来自发光元件的光，红外接收管则能接收到红外光，立即导通，使得红外接收管负极的电压急速下降，该电压送到LM358的3脚上，当3脚上靠近红外发射管时，将红外光档住并反射到红外接收管上，红外接收管接受到红外光，立刻导通，使得红外接收管负极的电压急速下降，该电压送到LM358的3脚上。当LM358的3脚电压下降到低于LM358的2脚的电压时，根据比较器的工作原理,的时候, 则根据电压比较器的工作原理，LM358的1脚就会输出低电平，并通过限流电阻R3送到PNP 型三极管V1、V2的基极，致使三极管导通，最后蜂鸣器发声，LED 灯发亮。

通过以上检测，就可以实现当手或不透明的物体放在红外对管上方时，蜂鸣器发出声音，LED 灯发亮的功能，当手或不透明的物体离开红外对管上方时，蜂鸣器停止发声，且LED 熄灭，通过移动不透明物体的速度快慢，可以检测光电开关电路的灵敏度。 2、原理框图

三、原理图

+V 2

1V V 、21A A 、2B 2B 1B 2B 2B 2B +-

电路中元器件的选择及其在电路中的作用：

1、红外发射管和红外接收管

红外发射管是由红外发光二极管矩组成发光体，用红外辐射效率高的材料(常用砷化镓)制成PN结，正向偏压向PN结注入电流激发红外光，红外接收管就是将光信号(不可见光)转换成电信号一般是接收、放大、解调一体头，是将红外线光信号变成电信号的半导体器件，它的核心部件是一个特殊材料的PN结，和普通二极管相比，在结构上采取了大的改变，红外线接收管为了更多更大面积的接收入，电流则随之增大，红外对管在电路中起着接收作用，是电路的核心元件。不受可见光的干扰，只对红外线有反应。

2、LM358 芯片的选择

LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器。适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。

四、电路调试与问题解决办法

检查每个元件是否安装正确正负极是否接反，特别要注意红外发射二极管和红外接收二极管的正负极，可调电位器的的引脚顺序，LM358的引脚顺序和三极管9012的引脚顺序。若接反了，解决办法是用烙铁拔掉，重新焊接。

在根据原理图检查线路是否正常连通，可用万用表检测每条线路是否导通。看是否有忘了接地或者忘接+5V 的点。再用万用表检测电压看是否有虚焊现象。若虚焊，则重新补锡。

调试完成后，可以稳定的用手遮挡调试。当用手放到红外发射管和红外接收管上面时，蜂鸣器发声，LED 灯亮；当用手移开红外发射管和红外接收管上面时，蜂鸣器停止发声，LED 熄灭，性能非常稳定。 五、功能检修

如果调试的时候没有成功，我们可以按下面的步骤进行检修： （1）红外发射管的检修。红外发射电路发射的红外光，人的肉眼是看不见的，但是可以用手机的照相功能看见红外光。检修过程中可以借助于手机的照相机功能查看红外发光电路是否正常。

（2）红外接收管的检修。主要用万用表测红外接收二极管的负极，观察当用手放到红外发射管时的电压值（是否为低电平）和当手移开红外接收管上面时的电压值（是否为高电平）。

（3）电位器的检修。主要是测试可调电阻R3的第三脚电压值是否在2.5V 左右，旋转可调电阻时电压值是否可变。

（4）LM358的检修。主要用万用表测LM358的1脚电压，观察当用手放到红外发射管时LM358的1脚的电压值（是否为低电平）和当手移开红外接收管上面时LM358的1脚的电压值（是否为高电平）。

（5）蜂鸣器、LED 显示电路的检修。可用电源地直接加在的

基极，看看是否发声和LED 点亮。损坏的元件可能是9012和发光二极管。

2

1V V 、

经过以上步骤的检查、检测后，基本上可以排除故障，可以实现当用手放到红外发射管和红外接收管上面时，蜂鸣器报警，LED灯亮；当用手移开红外发射管和红外接收管上面时，蜂鸣器停止报警，LED 熄灭。

六、功能的测试与结论

当用手或不透明的物体放到红外发射管和红外接收管上面时，蜂鸣器发声，LED灯亮；当用手移开红外发射管和红外接收管上面时，蜂鸣器停止发声，LED熄灭。

七、设计总结与体会

通过这次传感器的课程设计实验，让我学习了很多知识，尤其是看电路图的方法，尤其是实物的制作极大的提高了我的动手能力，在焊接过程中不小心就可能焊错一个引脚、一根导线都会导致整个电路无法正常工作，而且不小心还可能被烫伤，在调试过程中，是最痛苦的事情，当发现电路不能正常运行，又不知道哪里出错是最迷茫的时候，幸好最后自己又对着电路图一点点的查错，用万用表一点点导通，才发现是因为少接了一根地线，虽然过程很郁闷，但结果很欣慰。

通过这次焊接让我明白了，焊电路之前，一定要仔细查看原理图，并查好元器件的型号，最好标出接地线和接电压的线，还有一定要有耐心和良好的心态。