光电越界报警器
XXX电信学院
课程论文
设计题目：光电越界报警器设计
课程名称传感器原理与应用
姓名XXX
系别电气工程及其自动化
专业电气工程及其自动化
班级电气四班
指导教师 XX
论文评分
2014年 X月 x 日
目录
摘要 (2)
第一章设计要求 (2)
第二章电路各模块原理图 (3)
2.1 报警模块
2.2 数字显示模块
2.3 光电转换模块
第三章电路原理及设计 (5)
第四章实验调试与分析 (6)
结论 (7)
参考文献 (7)
附录 (7)
【摘要】本文设计了一种光电式报警器，该报警器通过感光器件把光信号转换成电信号，控制数码管的显示以及报警电路。利用了部分数字逻辑电路，实现能在报警过程中实现对应路数的显示功能。该报警器的设计采用模块化结构，有三个模块即光电转换模块、定时模块以及显示模块组成。各模块功能独立，可扩充性强，很有经济利用价值。
第一章：【设计基本要求】
1、采用双光路结构，当任一光路被遮挡时，报警器发出间歇式声光报警；
2、采用LED显示被遮挡的路数，无报警显0，1路显1，2路显2，同时遮挡
显3；
3、采用5V供电。
【主要参考元件】：光敏3级管，555，74LS32，74LS247。
根据课题设计要求初步建立系统框图
第二章：电路各模块原理图
2.1 报警模块
首先，考虑到间歇性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：
图1 ：555芯片管脚图图2：报警电路图
通过555定时器构成自激多谐振荡器产生的矩形脉冲来控制喇叭的间歇式的叫声。
2.2 数字显示模块
其次，显示电路选择74LS247——7段译码器：
图3：74LS247——7段译码器管脚图
译码显示电路如下：实现1端和7端为低电平时，数码管显示0；1为高电平7为低电平时，数码管显示1；1为低电平7为高电平时，数码管显示2；1为高电平7同时为高电平时，数码管显示3。3端为低电平时，数码管显示8；5端为低电平时，数码管全熄。
图4：数字显示电路图
74LS247译码器的真值表：
2.3 光电转换模块
再次光电转换采用红外线发光二极管和光敏三极管构成：
图5 ：光电转换图
光敏3级管受到光照时C，E级相当于短路。被遮挡时相当于断路。这就有了高低电平的输出来控制后面的数字电路部分，实际上这部分是实现了把电信号转换成数字信号的功能。
另外电路中还用到了一个或门74LS32
图6：74LS32的管脚图图7：74LS32的真值表
第三章：电路工作原理
本电路由3部分组成：电信号转换成数字信号系统，数字显示系统，555报警系统。通过光照光敏3级管输出高低电平来控制74LS247显示数字是哪路被挡，同时由555报警器发出间歇式的报警声。
电路设计：
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 芯片74LS247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100ù的电阻，以保护数码管不被烧坏，倘若数码管显示的过与亮了就要增大电阻的阻 值。对于多谐振荡器可根据T=0.7*(R 12+2R 13 )*C 1 来确定间歇时间，导通时间为 T 1=0.7*（R 12 +R 13 ）*C 1， 充电时间T 2 =T- T 1 由电路图可以算出导通时间为1.3S。 第四章：实验调试与分析 刚焊接好电路，接通电源，看到的是数码管显示0，表示正常。接着拿小刀挡住光敏3级管，不管挡住哪路都没有反应，数码管还是显示0，而且报警器也没有报警。问题出现：随即就拿5V电压直接接到555多谐电路，蜂鸣器发出响声，说明这部分电路没有问题。之后就从译码器的A，B端牵出2根导线，先将其中1路接到5V电源，2路接地，结果数码管显示为1，1路接地，2 路接电源，数码管就显示2，两路都接电源时就显示3。所以这部分也没错。那就是发光2级管和光敏3级管的问题了，一想可能是和发光2级管和光敏3级管串联的电阻阻值太小了导致烧掉了，于是问老师换了一组元件，并且换掉了那几个电阻，焊接好之后，重新接好电源，正常了。事后拿那几个电阻测了一下，原来上面标的不是它本身的阻值。当时可能也没有拿万用表测一下。导致后面的失误。 结论 实验过程中碰到的刚开始不能正常显示并且运行的情况完全是粗心导致的，当时如果认真点的话就不会出现了，可能就是一下完成了。所以，通过实验意识到要从现在开始养成那种细心的好习惯。这对以后的课程设计甚至是毕业设计都非常有帮助。再者通过这次实习锻炼了自己的动手及查资料的能力。也体会到了成功带来了的喜悦。可以说是获益非浅。 再次反过来思考这个电路图，整个电路简单明了，可以根据此电路图应用到实际中去，红外发射管都用那种远程的功率大，距离远，还可以扩展到多路的数字显示，应用广泛，报警电路也可以改进发出不同的声音。可以说是十分有利用价值。 参考文献: [1] 杨兴瑶。实用电子电路500例。化学工业出版社。1996。 [2] 阎石。数字电子技术基础。高等教育出版社。1997。 [3] 庞振泰、王采斐、屈宗明（译）.光电接口器件手册.清华大学出版社.1998 附录: 元件清单： 共阳数码管1个； 74LS247译码器1个； 红外线发射管2个； 光敏3级管2个； 555芯片1个； 发光2级管1个； 蜂鸣器1个； 74LS32芯片1个；电容 2 个；稳压电源1台；电阻若干 电路总图 课程设计(论文)说明书 题目：光电检测报警器 院（系）：信息与通信学院 专业：电子信息工程 学生姓名：宋永胜 学号：1200220624 指导教师：张法全 职称：副教授 2014年１１月２0 日 摘要 本设计是基于红外对管（反射式）和LM311电压比较器的光电检测报警器。 红外对管是红外线发射管与光敏接收管，或者红外线接收管，或者红外线接收管配合在一起使用时候的总称。本次设计使用红外对管（反射式）构成光电转换元件。 LM311电压比较器主要功能是电压的比较。在本次设计中LM311的功能是比较两输入端电压数值的高低，使输出翻转，去控制蜂鸣器。LM311设计运行在更宽的电源电压：从标准的±15V运算放大器到单5V电源用于逻辑集成电路。其输出兼容RTL,DTL 和TTL以MOS电路。此外，LM311可以驱动继电器，开关电压高达50V，电流高达50mA。 关键字：红外对管；红外线发射管；红外线接收管；LM311电压比较器；逻辑集成电路 Abstract This design is the photoelectric detection alarm for pipe and the LM311 voltage comparator based infrared.Infrared tube is the infrared transmitting tube and an infrared photosensitive receiving tube, or an infrared receiving tube, or an infrared receiving head with term when used together. The design of infrared tube to form a photoelectric conversion element.The main function of LM311 voltage comparator voltage comparison, comparing the two input voltage value level, to make the output flip, to control the buzzer to achieve the purpose of control. The design and operation of LM311 in the power supply voltage and wider: from + 15V operational amplifier to standard single 5V power supply used in logic integrated circuit. The output is compatible with RTL, DTL and TTL in MOS circuit. In addition, LM311 can drive a relay, switch voltage up to 50V, current up to 50mA. Keywords: infrared emitting diode and a photosensitive receiving tube,；LM311 voltage comparator,；logic integrated circuit 光电式感烟报警器的安装与调试 红外光电式烟雾传感器将烟雾颗粒作为被测对象，通过烟雾颗粒对发光元件发出的红外线的散射作用，在接收元件端产生电量的变化，通过判断电量的变化确定烟雾报警器的状态。下图为光电式感烟报警器的电路原理图。 火灾报警器集成电路MC145012 MC145012集成了报警器的全部功能，只要外接红外线发射电路、接收元件及扬声器等，就可构成一台火灾报警器。下表为MC145012引脚功能。 电路使用声光报警，电路工作时，MC145012集成电路6脚输出高电平驱动VD1发出红外线信号，由VD2接收，VD1和VD2安装成不能相互直射的位置，当不存在火灾引起的烟雾时，LED2输出为0；如果有烟雾，则红外线因烟雾而发生散射，使VD2能接收到红外线，触发报警。 S为测试开关，在没有烟雾时闭合S，16脚接通电源，芯片内部就会模拟报警状态，发出报警信号，断开开关S即恢复正常工作状态。 微调电位器Rp可以调节报警器的报警脉冲宽度，脉宽增加，即报警检测所需时间变长，脉宽减小，即报警时间变短。 C6 C8 R12组成增益调节电路，可以调节系统的放大倍数，也可以作为一种调节灵敏度的方法。在有烟雾时，由于烟雾颗粒造成的光电二极管的变化很小，因此内置放大电路，调整C6 C8 R12的参数，即可调整放大器的增益倍数，达到调节灵敏度的效果。其中C6作为粗调元件单独使用，C8作为增益的微调元件，需要与R12配合使用。 时钟电路为RC电路，由R2 R6 C2组成，向12脚提供周期性的脉冲信号。 电源低压报警电路是在系统电源电压过低时发出报警信号，提示及时更换电池，R1 R3串联在电源电压和11脚之间，向15脚提供电源最低允许电压。当电源电压小于最低允许电压时，9脚输出一个高电平，推动复合三极管输出，提示报警，调节R1与R2比值大小，可以改变电源最低允许电压值。 元件清单 光电传感器——基于红外反射式的测速机 引言 在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合。转速是电动机极为重要的一个状态参数,在很多运动系统的测控中,都需要对电机的转速进行测量,不论是直流调速系统还是交流调速系统,只有转速的高精度检测才能得到高精度的控制系统。迄今为止,测速可分为两类:模拟电路测速和数字电路测速。随着微电子技术的发展,计算机技术的广泛应用,出现了以计算机为核心的数字测速装置。这样的速度测量装置测量范围宽、工作方式灵活多变、适应面广,具有普通数字测速装置不可比拟的快速性、精确性和优越性。 一：设计思路 用一个红外发光二极管和一个接受红外光的二极管组成一套光电管。当检测到物表面为黑色时，反射光很弱，接收端检测到的光线可以忽略，使接收端呈现一种状态，例如开关管截止；当被检测物表面为白色时，反射光强烈，发射端发射的红外线被接收端全部接收，使接收端呈现另一种相反的状态，例如开关管开通。这两种相反的状态表现在电路中，就是高低电平组成的脉冲信号。由此，我想到用一个比较器来比较两种接受到的信号，从而输出“0”“1”两种高低电平，并把两种信号传给单片机进行统计，然后利用设定算法进行计算，最后通过数码显示管显示计算结果。 二：所需模块 本测速系统共有两个模块构成，一个为光电传感器部分，用于接收光信号并转换为电信号，即高低电平信号；另一个为单片机部分，用于接收高低电平信号并通过内部计算，然后再通过数码显示管显示测出的结果。 （一）光电传感器部分 （1）LM339工作原理及管脚图： LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。 两个输入端中的一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入 郑州科技学院 《数字电子技术》课程设计 题目光电式报警器 学生姓名尚垚 专业班级电子科学与技术四班 学号201031108 院（系）电气工程学院 指导教师袁玉霞 完成时间2013年3月8日 目录 1 课程设计的目的 (1) 2 课程设计的任务与要求 (1) 3 设计方案与论证 (2) 4 设计原理及功能说明 (2) 4.1 系统组成 (2) 4.2 工作原理 (3) 5 单元电路的设计 (3) 5.1 光电转换 (3) 5.2 数字显示 (5) 5.3 声光报警 (9) 6 硬件的制作与调试 (12) 7 总结 (14) 参考文献 (15) 附录1：电路总体原理图 (16) 附录2：元器件清单 (18) 1 课程设计的目的 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。然而传统的触摸式、开关式报警器等，虽然具有性能稳定、实用性强等特点，但是也具有应用范围窄等缺点，而且安全性能也不是很好。光电报警就很好的改善了这点。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，因此可以得到广泛的应用。本文设计的光电报警器是光电二极管和报警器的灵活结合，它可以运用到各种生产线上，如博物馆里的防盗系统，并提示物品被盗地点，安全性能高，节约了人力资源，并且不易出错；还能运用到其它人力不能监测的环境。 2 课程设计的任务与要求 1、采用双光路结构，当任一光路被遮挡时，报警器发出间歇式声光报警； 2、采用数码管显示被遮挡的路数，无报警显0，1 路报警显1，2 路报警显2，同时遮挡报警显3； 东北石油大学课程设计 课程光电检测技术 题目光电报警器电路设计 院系电子科学学院 专业班级应用物理07-2班 学生姓名xxx 学生学号xxx 指导教师 2007年 3 月 11 日 2011年3 月10日 东北石油大学课程设计任务书 课程光电检测技术 题目光电报警器电路设计 专业应用物理07-2 姓名xxx学号xxx 主要内容： 通过报警器和光耦结合的小小的结合来设计一个光电报警器，并分析该报警器各个模块的构成和工作原理。 基本要求： 1、设计光电报警器电路功能框图。 2、设计光嗲报警器的光电转换电路、报警控制电路、译码输出以及显示。 3、调试安装。 4、完成课程设计总结报告。 主要参考资料： 1、阎石。数字电子技术基础。高等教育出版社。1997。 2、庞振泰、王采斐、屈宗明（译）.光电接口器件手册.清华大学出版社.1998 完成期限2011年3月10日 指导教师 专业负责人 2011年3 月10日 目录 第1章概述 (2) 1.1 课题作用、实用价值 (2) 1.2 光电报警器的发展前景 (2) 第2章基本原理与总体设计 (4) 2.1 光电报警器的总体设计 (4) 2.2 光电报警器原理介绍 (4) 第3章光电报警器电路设计 (6) 3.1 光电转换模块设计 (6) 3.2 报警模块设计 (7) 3.3 数字显示模块设计 (9) 3.4 蜂鸣器的结构设计 (10) 第4章电路的安装调试 (11) 4.1 元器件的焊接 (11) 4.2 电路的调试 (11) 第5章总结 (12) 参考文献 (13) 第1章概述 随着社会科学技术的迅速发展，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。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、实用性强等特点，但是也具有应用范围窄等缺点。而且安全性能也不是很好。光电报警就很好的改善了这点。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。 1.1课题作用、实用价值 本次设计的光电报警器是报警器和光耦结合的小小的结合，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能延伸到各个行业。 1.2光电报警器的发展前景 光电技术光电科技是一门结合光学、电子与电机之尖端技术，早期由于技术门槛高，偏重国防与航天领域之发展，并以雷射相关应用为主。近十余年来，光电相关技术突飞猛进，产品种类也不断推陈出新，其应用更是无远弗届，层面扩及通讯、信息、生化、医疗、工业、能源、民生等领域。展望光电报警器的未来，在轻量化、便携性、低耗能、高效益、整合强的特性下，将更深入各产业应用范围中。 光电产品因应用广泛已成为众所瞩目之焦点，近来无论在通讯网路、多媒体信息化社会等炙手可热的应用领域上，光电产品都扮演着重要的角色，因此许多专业人士都预见到二十一世纪将是属于「光」的世纪。为此，无论日、美、欧 光电传感器工作原理-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII 工作原理 摘要： 光电传感器是利用光电子应用技术，将光信号转换成电信号从而检测被测目标的一种装置。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高，反应快，非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，体积小。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温和气体成分等；也可用来检测能转换成光量的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度和加速度，以及物体形状、工作状态等。光电式传感器具有非接触，响应快，性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。近年来，新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。 关键字：光电元件、检测技术、传感器、应用 一、光电传感器工作原理 光电式传感器的物理基础是光电效应,即半导体材料的许多电学特性都因受到光的照射而发生变化。光电效应通常分为两大类,即外光电效应和内光电效应。外光电效应是指物质吸收光子并激发出自由电子的行为。当金属表面在特定的光辐照作用下,金属会吸收光子并发射电子,发射出来的电子叫做光电子。光的波长需小于某一临界值 (相等于光的频率高于某一临界值)时方能发射电子,其临界值即极限频率和极限波长。由E =hn-W如果入射光子的能量hn大于逸出功W,那么有些光电子在脱离金属表面后还有剩余的能量,也就是说有些光电子具有一定的动能。因为不同的电子脱离某种金属所需的功不一样, 所以它们就吸收了光子的能量并从这种金属逸出之后剩余的动能也不一样。由于逸出功W是使电子脱离金属所要做功的最小值,所以如果用E 表示动能最大的光电子所具有的动能,那么就有下面的关系式E =hn-W (其中,h表示普兰克常量,n表示入射光的频率),这个关系式通常叫做爱因斯坦光电效应方程。 RS-YG-N01 光电感烟火灾探测报警器使用说明（485型） 1.1 产品概述 RS-YG-N01光电感烟火灾探测报警器（以下称报警器）能够探测火灾时产生的烟雾。报警器采用光电感烟器件及优良的生产工艺，工作稳定，外形美观，安装简单，无需调试，可广泛应用于商场、宾馆、商店、仓库、机房、住宅等场所进行火灾安全检测。报警器内置蜂鸣器，报警后可发出强烈声响。报警器采用标准的485信号输出，Modbus协议，支持二次开发。 1.2 主要技术指标 供电电源：10~30V DC 静态功耗：0.12W 报警功耗：0.7W 报警声响：≥80dB 信号输出：RS485 通信协议：Modbus-RTU 烟雾灵敏度：1.06±.26%FT 符合标准：GB4715-2005 工作环境：-10℃~50℃，≤95%，无凝露 1.3 系统框架图 系统方案框图 2. 产品特征 ■吸顶安装 ■防拆盒盖 ■采用微处理器 ■自动温度补偿 ■全方位360°探测 ■LED ON&OFF可选择 ■可调节报警延时 ■采用贴片技术，抗EMI、RF I干扰 3. 外形尺寸 4. 安装与布线说明 4.1 设备安装前检查 设备清单： ■烟感设备1台 ■合格证、保修卡、接线说明等 ■USB转485（选配） 4.2 接线说明 电源输入10~30V均可。485信号线接线时注意A/B两条线不能接反，总线上多台设备间地址不能冲突。 线色说明备注 棕色电源正10~30V DC 黑色电源负 黄色485-A 蓝色485-B 4.3 安装说明 4.3.1 适宜的安装位置 安装于房顶时，应该放在房顶中间位置，若安装于倾斜或人形屋顶，报警器应与屋顶保持一定距离每当坡度小于30°时，距离为0.2m为宜，大于30°时，距离0.3m~0.5m为宜。 4.3.2 应避免安装的位置及环境 ■正常情况下有烟滞留的场所 ■有较大粉尘、水雾、蒸汽、油雾污染、腐蚀气体的场所 ■相对湿度大于95%的场所 ■通风速度大于5m/s的场所 ■接近荧光灯具的地方 4.3.3 安装方法 在天花板上相距60mm的位置上打两个直径5mm的安装孔, 用涨塞和螺钉固定探测器底座在天花板上。 一绪论 (2) 二设计要求 (2) 四设计原理及电路图 (4) 4.1报警电路原理图 (4) 4.2数码管显示原理图 (4) 4.3光电转换设计原理图 (5) 五器件清单及简单介绍 (5) 5.1光耦 (5) 5.2 555芯片 (6) 5.2.1 555芯片连线图 (6) 5.2.2 555芯片工作表 (7) 5.3 74LS32译码器 (7) 5.3.1 ；74LS32译码器译码表 (7) 5.3.2 ；74LS32引脚接线图 (7) 5.4 74LS48译码器 (8) 5.4.1电路接线图 (8) 5.4.2 74LS48引脚图 (8) 5.4.3 74LS48译码表 (8) 六控制系统实现 (9) 七proteus仿真电路图 (10) 7.1无光遮挡的情况下数码管显示状态 (10) 7.2当通道1被遮挡时，数码管的显示状态 (10) 7.3当通道2被遮挡时，数码管的显示状态 (11) 7.4当通道全部被遮挡时，数码管的显示状态 (11) 八设计心得 (12) 九参考资料 (12) 一绪论 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、实用性强等特点，但是也具有应用范围窄等缺点。而且安全性能也不是很好。光电报警就很好的改善了这点。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。 本文设计了一种光电式报警器，该报警器通过感光器件组成的光电转换电路，可以探测出光线是否被阻挡的信息，并通过把光信号转换成电信号来把这种信息传递至后面的数码显示电路以及声光报警电路以实现控制数码管显示与报警器报警的功能。其中声光报警部分通过555定时器组成的多谐振荡器来控制蜂鸣器发出鸣叫声和发光二极管发出光亮来代替报警效果。整个设计利用了部分数字逻辑电路，能实现在报警过程中同时显示对应路数的功能。且该报警器的设计采用模块化结构，即：光电转换模块、报警模块和显示模块。各单元电路功能结构相对独立，可扩充性强，具有很高的经济利用价值。 二设计要求 1设计一个光电传感器，采用光耦电阻，当有物体遮挡光电传感器所设置的通道时，报警器会自动发出声音，数码管并显示相应遮挡的通道位置（设通道代码分别为1，2，3），当所设计的光电传感器通道一被遮挡时，报警器发出响声，数码管显示1，当所设计的光电传感器通道二被遮挡时，报警器发出声响，同时数码管显示2，当通道三被遮挡时也一样，当光电传感器没有物体遮挡所设计的通道时，报警器不发出声响，数码管不显示。 2设计主要材料 光耦，555芯片，74LS32译码器，74LS48译码器 工作原理 摘要： 光电传感器是利用光电子应用技术，将光信号转换成电信号从而检测被测目标的一种装置。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高，反应快，非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，体积小。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温和气体成分等；也可用来检测能转换成光量的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度和加速度，以及物体形状、工作状态等。光电式传感器具有非接触，响应快，性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。近年来，新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。 关键字：光电元件、检测技术、传感器、应用 一、光电传感器工作原理 光电式传感器的物理基础是光电效应,即半导体材料的许多电学特性都因受到光的照射而发生变化。光电效应通常分为两大类,即外光电效应和内光电效应。外光电效应是指物质吸收光子并激发出自由电子的行为。当金属表面在特定的光辐照作用下,金属会吸收光子并发射电子,发射出来的电子叫做光电子。光的波长需小于某一临界值(相等于光的频率高于某一临界值)时方能发射电子,其临界值即极限频率和极限波长。由E =hn-W如果入射光子的能量hn大于逸出功W,那么有些光电子在脱离金属表面后还有剩余的能量,也就是说有些光电子具有一定的动能。因为不同的电子脱离某种金属所需的功不一样,所以它们就吸收了光子的能量并从这种金属逸出之后剩余的动能也不一样。由于逸出功W是使电子脱离金属所要做功的最小值,所以如果用 E 表示动能最大的光电子所具有的动能,那么就有下面的关系式E =hn-W (其中,h表示普兰克常量,n表示入射光的频率),这个关系式通常叫做爱因斯坦光电效应方程。 如 南昌航空大学 科技学院 课程设计说明书 课程设计名称：电子专业课程设计 课程设计题目：光电式报警器 学院名称：南昌航空大学科技学院信息工程系专业：电子信息工程班级： 学号：姓名： 评分：教师： 20年月日 摘要 随着社会科学技术的迅速发展，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。光电报警器的使用简单，可靠性高，人们在日常生活中可以将光电报警器广泛的利用在很多领域，来提高自己日常生活的安全度。 本文设计了一种光电式报警器，该报警器通过感光器件组成的光电转换电路，可以探测出光线是否被阻挡的信息，并通过把光信号转换成电信号来把这种信息传递至后面的数码显示电路以及声光报警电路以实现控制数码管显示与报警器报警的功能。其中声光报警部分通过555定时器组成的多谐振荡器来控制蜂鸣器发出鸣叫声和发光二极管发出光亮来代替报警效果。整个设计利用了部分数字逻辑电路，能实现在报警过程中同时显示对应路数的功能。且该报警器的设计采用模块化结构，即：光电转换模块、报警模块和显示模块。各单元电路功能结构相对独立，可扩充性强，具有很高的经济利用价值。 关键字：数码显示、光电转换、555定时器、声光报警。 目录 前言 (1) 第一章设计要求与任务 (2) 第二章系统的组成及工作原理 (3) 第三章电路设计 (4) 3.1报警模块 (4) 3.2数字显示模块 (5) 3.3光电转换模块 (6) 第四章实验调试与分析 (7) 结论 (8) 参考文献 (9) 附录一修改后的总设计电路图 (10) 附录二芯片管脚功能图 (11) 附录三元器件清单 (13) 北京信息科技大学 测控综合实践 课程设计报告 题目：基于光电传感器的直流电机转速测量系统设计学院：仪器科学与光电工程学院 专业：测控技术与仪器 学生姓名： 摘要 摘要 基于单片机的转速测量方法较多，本次设计主要针对于光电传感器测量直流电机转速的原理进行简单介绍，并说明它是如何对电机转速进行测量的。通过实验得到结果并进行了数据分析。 本次设计应用了STC89C52RC单片机，采用光电传感器测量电机转速的方法，其中硬件系统包括脉冲信号的产生模块、脉冲信号的处理模块和转速的显示模块三个模块，采用C语言编程，结果表明该方法具有简单、精度高、稳定性好的优点。 关键词：直流电机；单片机；PWM调节；光电传感器 Abstract 目录 摘要................................................................................................I 第一章概述 (1) 1.1 课设目标 (1) 1.2 内容 (1) 第二章系统设计原理 (2) 2.1 STC89C52单片机介绍 (2) 2.2 STC89C52定时计数器 (4) 2.3 STC89C52中断控制 (6) 2.4 光电传感器 (6) 2.5 数码管介绍 (7) 第三章硬件系统设计 (10) 3.1测速信号采集及其处理 (10) 3.2 单片机处理电路设计 (11) 3.3 显示电路 (12) 3.4 PWM驱动电路 (13) 第四章软件设计 (14) 4.1语言选用 (14) 4.2程序设计流程图 (14) 4.3原程序代码 (15) 第五章数据分析 (19) 总结 (20) 附件 (21) 参考文献 (23) 一．方案论证 对于本课题设计了两个方案： 方案一：用光控线路控制振荡器是否振荡，主要由振荡器，功率放大器，光控元件和蜂鸣器组成。方案一原理框图如图1所示。 图1 方案一原理框图 方案二：用光控线路控制振荡器的输出是否加到功率放大器上，同样由振荡器，功率放大器，光控元件和蜂鸣器组成。方案二原理框图如图2所示。 图2 方案二原理框图 通过比较发现实验方案二的方法较方案一实用一些，更加灵敏一些。方案一中当通过光控使电源与振荡器连接的一瞬间并不能及时报警，因为振荡器从接通到输出幅度达到最大需要一段时间，所以按这种方案设计的报警器反应不是很灵敏有缺陷。所以选择方案二。 二、电路设计 1．光控电路设计： 原理：光控电路主要由发光二极管和光电三极管组成。光控电路中最重要的元器件为TIL191管。发光元件为输入回路，它将电能转换成光能；光敏元件为输出回路，它将光能转换成电能，实现了两部分电路的电器隔离，从而可有效抑制电干扰。若有光，相当于开关闭合；若无光，则相当于开关开路，进而可以导通整个功率放大电路，使0.25W、8 蜂鸣器（应调电压为1.414V，电流0.18A）报警。光控电路如图3所示。 50 V 图3光控电路图 2．振荡电路设计： 振荡电路主要由741管构成。因为振荡器是本实验电路的核心，所以其输出频率必须满足技术指标，其顺利工作才能保证音频信号的产生。振荡电路图如图4所示。 V2 图4振荡电路图 3．功率放大电路设计： 功率放大电路也是电路中必不可缺的部分。主要由两个放大三极管组成，如图5所示。当无光时，功率放大电路直接导致与其相连的喇叭（蜂鸣器）发出报警信号，从而完成此次课题所要达到是最终目的。功率放大电路如图5所示。 光电传感器原理 2007年05月21日星期一13:44 1.光电传感器原理 光电传感器是指能够将可见光转换成某种电量的传感器。光敏二极管是最常见的光传感器。光敏二极管的外型与一般二极管一样，只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口，以便于光线射入，为增加受光面积，PN结的面积做得较大，光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下，并与负载电阻相串联，当无光照时，它与普通二极管一样，反向电流很小（＜μA），称为光敏二极管的暗电流；当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电载流子。在外电场的作用下，光电载流子参于导电，形成比暗电流大得多的反向电流，该反向电流称为光电流。光电流的大小与光照强度成正比，于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。 光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对电信号放大的功能。光敏三级管的外型与一般三极管相差不大，一般光敏三极管只引出两个极——发射极和集电极，基极不引出，管壳同样开窗口，以便光线射入。为增大光照，基区面积做得很大，发射区较小，入射光主要被基区吸收。工作时集电结反偏，发射结正偏。在无光照时管子流过的电流为暗电流Iceo=（1+β）Icbo（很小），比一般三极管的穿透电流还小；当有光照时，激发大量的电子-空穴对，使得基极产生的电流Ib增大，此刻流过管子的电流称为光电流，集电极电流Ic=（1+β）Ib，可见光电三极管要比光电二极管具有更高的灵敏度 2.光电传感器应用 光电传感器是一种小型电子设备，它可以检测出其接收到的光强的变化。早期的用来检测 物体有无的光电传感器是一种小的金属圆柱形设备，发射器带一个校准镜头，将光聚焦射向接收器，接收器出电缆将这套装置接到一个真空管放大器上。在金属圆筒内有一个小的白炽 灯做为光源。这些小而坚固的白炽灯传感器就是今天光电传感器的雏形。 LED（发光二极管） 发光二极管最早出现在19世纪60年代，现在我们可以经常在电气和电子设备上看到这些二极管做为指示灯来用。LED就是一种半导体元件，其电气性能与普通二极管相同，不同之处在于当给LED通电流时，它会发光。由于LED是固态的，所以它能延长传感器的使用寿命。因而使用LED 的光电传感器能被做得更小，且比白炽灯传感器更可靠。不象白炽灯那样，LED抗震动抗冲击，并且没有灯丝。另外，LED所发出的光能只相当于同尺寸白炽灯所产生光能的 一部分。（激光二极管除外，它与普通LED的原理相同，但能产生几倍的光能，并能达到更远的检测距离）。LED能发射人眼看不到的红外光，也能发射可见的绿光、黄光、红光、蓝光、蓝绿光或白光。 经调制的LED传感器 1970年，人们发现LED还有一个比寿命长更好的优点，就是它能够以非常快的速度来开关，开关速度可达到KHz。将接收器的放大器调制到发 光电式报警器 (2) 光电报警器 摘要：本文设计了一种光电式报警器，该报警器通过感光器件把光信号转换成电信号，控制数码管的显示以及报警电路。利用了部分数字逻辑电路，实现能在报警过程中实现对应路数的显示功能。该报警器的设计 采用模块化结构，有三个模块即光电转换模块、定时模块以及显示模块。 键词：光耦，或门，555多谐振荡，光电转换，声光报警 本次课程设计的题目是“光电报警器”。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。 1 基本设计 1.1基本设计要求 1.设计双光路结构，当任一光路被遮挡时，报警器发出间歇式声光报警。 2.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。 3．电压为5V。 参考元件：光耦（H92B4）对管，555，74LS32，CD4543，数码管，蜂鸣器，发光二极管。 1.2 提高要求 1.设计两位数码显示计数器，对报警的次数 计数，并且数码显示。 2.具有清零功能。 3.电压为5V 。 参考元件：74160, CD4511, 数码管，按键开关， 二极管（IN4148）。 2、 基本设计电路原理 2.1系统工作原理及其组成 本设计首先接通电源通过光耦将光信 号转化成电信号。输出的信号通过CD4543译码器 使共阳数码管显示不同的数字，通过74LS32或门 驱动555定时器构成的多谐振荡电路，使蜂鸣器和 发光二极管发出间歇式声光报警。 2.2设计方案比较和选择 方案一：接通电源通过对管的发送和接收，输 出高低电平，通过CD4511译码器使LED 显示不同 的数字，再由74LS32或门和555多谐振荡器来实 现有选择的间歇式光电报警器。 图2.2.1 光 控电光控电显示 译数码显 触发信多谐振声光 报 光电传感器的设计-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN 光电传感器的设计 题目：光电传感器的设计 院（系）：信息工程学院 专业：光电信息科学与工程 姓名：褚飞亚 学号： 20 指导教师：张洋洋 2016年6月27号 摘要 随着信息技术的迅猛发展，传感器的应用技术也在飞速发展，新的应用技术呈现出爆炸式的发展。传感器作为作为测控系统中对象信息的入口，作为捕获信息的主要工具，在现代化事业中的重要性已被人们所认识。光电传感器的应用技术为信息科学的一个分支，俗称“电眼”。它是将传统光学技术与现代微电子技术以及计算机技术机密结合的纽带，是获取光信息或借助光提取其他信息的重要手段。现如今汽车成为大多数人必不可少的东西。经常开车的朋友们，应该都有过这样的苦恼每次开车到了单位或者小区大门口都要等门卫来开门或者等其按动电动门的开关,既费时间又费人力,如果巧妙地利用光电传感器就可以实现光控大门。所以借此次课程设计来设计一个光控大门，即把光敏电阻装在大门上并且在汽车灯光能照到的地方,把带动大门的电动机接在干簧管的电路中,那么夜间汽车开到大门前,灯光照射到光敏电阻时,干簧继电器就可以自动接通电动机电路,电动机就能带动大门打开。这样就解决了上述的问题。 目录 1、设计要求...............................................错误!未定义书签。 功能与用途 ............................................................................................. 错误!未定义书签。 指标要求 ................................................................................................. 错误!未定义书签。 2、光电传感器介绍及工作原理 ...............错误!未定义书签。 、光电传感器 ......................................................................................... 错误!未定义书签。 工作原理 ................................................................................................. 错误!未定义书签。 3、方案设计...............................................错误!未定义书签。 4、元件选择和电路设计 ...........................错误!未定义书签。 元件选择 ................................................................................................. 错误!未定义书签。 电路设计 ................................................................................................. 错误!未定义书签。 5、总结.......................................................错误!未定义书签。参考文献.....................................................错误!未定义书签。 XXX电信学院 课程论文 设计题目：光电越界报警器设计 课程名称传感器原理与应用 姓名XXX 系别电气工程及其自动化 专业电气工程及其自动化 班级电气四班 指导教师 XX 论文评分 2014年 X月 x 日 目录 摘要 (2) 第一章设计要求 (2) 第二章电路各模块原理图 (3) 2.1 报警模块 2.2 数字显示模块 2.3 光电转换模块 第三章电路原理及设计 (5) 第四章实验调试与分析 (6) 结论 (7) 参考文献 (7) 附录 (7) 【摘要】本文设计了一种光电式报警器，该报警器通过感光器件把光信号转换成电信号，控制数码管的显示以及报警电路。利用了部分数字逻辑电路，实现能在报警过程中实现对应路数的显示功能。该报警器的设计采用模块化结构，有三个模块即光电转换模块、定时模块以及显示模块组成。各模块功能独立，可扩充性强，很有经济利用价值。 第一章：【设计基本要求】 1、采用双光路结构，当任一光路被遮挡时，报警器发出间歇式声光报警； 2、采用LED显示被遮挡的路数，无报警显0，1路显1，2路显2，同时遮挡 显3； 3、采用5V供电。 【主要参考元件】：光敏3级管，555，74LS32，74LS247。 根据课题设计要求初步建立系统框图 第二章：电路各模块原理图 2.1 报警模块 首先，考虑到间歇性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： 图1 ：555芯片管脚图图2：报警电路图 通过555定时器构成自激多谐振荡器产生的矩形脉冲来控制喇叭的间歇式的叫声。 2.2 数字显示模块 其次，显示电路选择74LS247——7段译码器： 图3：74LS247——7段译码器管脚图 译码显示电路如下：实现1端和7端为低电平时，数码管显示0；1为高电平7为低电平时，数码管显示1；1为低电平7为高电平时，数码管显示2；1为高电平7同时为高电平时，数码管显示3。3端为低电平时，数码管显示8；5端为低电平时，数码管全熄。 光电传感器工作原理 电子电路 2008-05-31 22:27 阅读6004 评论3 字号：大中小 本文来源网络 光电传感器工作原理 光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器在一般情况下，有三部分构成 它们分为：发送器、接收器和检测电路。发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。三角反射板是结构牢固的发射装 置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。分类和工作方式⑴槽型光电传感器把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。⑵对射型光电传感器若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米。使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。⑶反光板型光电开关把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式(或反射镜反射式)光电开关。正常情况下，发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到；一旦光路被检测物挡住，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但前方没有反光板。正常情况下发光器发出的光收光器是找 2020年光电传感器课程设计汽车测速系统 精品版 光电信息技术研究性教学报告 题目：汽车测速系统 目录 No table of contents entries found. 一、摘要 社会时代的快速发展，汽车在人们日常生活中越来越重要，随着汽车的日益普及，由于碰撞而引起的事故也越来越多，其中倒车碰撞、超速碰撞占碰撞事故的大部分。为了尽量防止超速等问题、提高安全性。本文设计了一种测速器系统，方便司机根据车速安全行车。 转速测量方法转速是指作圆周运动的物体在单位时间内所转过的圈数 ,其大小及变化往往意味着机器设备运转的正常与否 ,因此 ,转速测量一直是工业领域的一个重要问题。按照不同的理论方法 ,先后产生过模拟测速法 (如离心式转速表 )、同步测速法 (如机械式或闪光式频闪测速仪 )以及计数测速法。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。对转速的测量实际上是对转子旋转引起的周期脉冲信号的频率进行测量。 在频率的工程测量中 ,电子式定时计数测量频率的方法一般有三种 : ①测频率法 :在一定时间间隔ｔ内 ,计数被测信号的重复变化次数Ｎ ,则被测 信号的频率ｆｘ可表示为ｆｘ =Ｎｔ（1）； ②测周期法 :在被测信号的一个周期内 ,计数时钟脉冲数ｍ0 ,则被测信号频 率ｆｘ=ｆｃ/ｍ0 ,其中 ,ｆｃ为时钟脉冲信号频率； ③多周期测频法 :在被测信号ｍ1个周期内 ,计数时钟脉冲数ｍ2 ,从而得到 被测信号频率ｆｘ,则ｆｘ可以表示为ｆｘ=ｍ1ｆｃｍ2,ｍ1由测量准确度确定。 二、系统整体方案设计 1、系统框图 各部分模块的功能： ①传感器：用来对信号的采样。 ②放大、整形电路：对传感器送过来的信号进行放大和整形，在送入单片机进行数据的处理转换。 ④片机：对处理过的信号进行转换成转速的实际值，送入LED ⑤LED显示：用来对所测量到的转速进行显示。 2光电式转速传感器： 课 程 设 计 报 告 中北大学 课 程 设 计 任 务 书 课 程 设 计 任 务 书光电检测报警器(最终稿2.0)讲解
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课程设计任务书
2012/2013 学 专 院： 业： 学年第 一 学期
信息商务学院 电子信息科学与技术 学 号： 光电报警系统设计 12 月 31 日～ 1 月 18 日 中北大学 王伟 程耀瑜 09050141X13
学 生 姓 名： 郝金风 课程设计题目： 起 迄 日 期： 课程设计地点： 指 导 教 师： 系 主 任：
下达任务书日期:
2012 年
12 月 31 日
1．设计目的：
在学习专业基础课和专业课的基础上，主要在电子仪器、微机综合设计与实践、单 片机与 A/D 和 D/A 和光、计、电综合应用等几个方面开展实践活动，巩固所学知识、培 养动手能力。
2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等） ：
1、了解红外发光二极管与光电二极管的具体应用。 2、了解主动式光电报警系统设计原理，了解锁相环的原理及应用。 3、利用锁相环设计光电报警系统实验 4、 对影响光电探测性能的各种参数进行探讨， 以求最大限度地发挥系统的探测能力。
3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、 实物样品等〕 ：
1） 设计说明书符合要求； 2） 相应器件的工作原理及应用； 3） 系统工作原理图； 4） 参考文献原文不少于 3 篇。
4．主要参考文献：
? 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）
5．设计成果形式及要求：
设计说明书及相关电路图
6．工作计划及进度：
2012201312 月 31 日 ~1 月 3 日 了解设计题目及熟悉资料 1月 4日 ~1月 7 日 确定各题目要求计算相关参数，确定具体设计方案
1 月 8 日 ~ 1 月 14 日 结合要求具体设计与仿真 1 月 15 日 ~ 1 月 18 日 整理课程设计说明书，答辩或成绩考核
系主任审查意见：
签字： 年 月 日