光电报警器的设计
光电报警器课程设计
光电报警器课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解光电效应的基本原理，掌握光电报警器的组成及工作原理。
2. 使学生了解并掌握光电传感器的种类、特点及应用场景。
3. 让学生掌握基本的光电报警器电路设计方法，能分析电路的性能和优化方案。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识，设计并搭建简单光电报警器的能力。
2. 培养学生运用实验仪器和设备进行实验操作、数据采集和分析的能力。
3. 提高学生的团队合作能力，学会在团队中分工合作、共同解决问题。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对物理学科的兴趣，激发他们探索科学原理的积极性。
2. 培养学生的创新精神和实践能力，使他们敢于尝试、勇于挑战。
3. 增强学生的安全意识，让他们认识到科学实验中遵守规则的重要性。
课程性质：本课程为物理学科选修课程，结合实际应用，注重理论与实践相结合。
学生特点：学生为九年级学生，具备一定的物理知识和实验操作能力，对新鲜事物充满好奇心。
教学要求：注重启发式教学，引导学生主动探索、积极思考，提高他们的实践操作能力。
在教学过程中，关注学生的个体差异，因材施教，使每位学生都能在原有基础上得到提高。
同时，注重培养学生的安全意识和团队协作精神。
通过本课程的学习，使学生达到上述课程目标，为后续相关课程的学习打下坚实基础。
二、教学内容本章节教学内容主要包括以下三个方面：1. 光电效应基本原理：参考课本第十五章“光与物质相互作用”的相关内容，介绍光电效应的定义、种类及光电转换的基本过程。
2. 光电传感器及其应用：结合课本第十六章“传感器”的内容，讲解光电传感器的种类、原理、性能参数及应用场景，重点介绍光电报警器中使用的光敏电阻、光敏晶体管等传感器。
3. 光电报警器设计与制作：依据课本第十七章“电子电路设计与实践”的内容，制定以下教学大纲：a. 介绍光电报警器的工作原理和基本组成；b. 分析并设计光电报警器电路，包括传感器、信号处理、报警输出等部分；c. 讲解电路元件的选型及电路调试方法；d. 安排实践操作，指导学生搭建光电报警器电路，并进行性能测试。
光电报警器电路设计
光电报警器电路设计光电报警器是一种利用光电传感器来检测光线变化并产生报警信号的电子设备。
它常用于安防系统、火灾报警系统等场合。
在设计光电报警器电路时，主要需要考虑光电传感器的选择、信号放大、信号处理、报警触发等方面。
下面将详细介绍光电报警器电路的设计过程。
首先，选择合适的光电传感器。
常用的光电传感器有光敏电阻和光电二极管等。
光敏电阻是一种利用光照强度变化而改变电阻值的元件，灵敏度较低，需要进行信号放大处理。
而光电二极管则是一种能够将光信号转化成电流输出的器件，灵敏度较高。
根据实际需求选择合适的光电传感器。
其次，进行信号放大。
信号放大是为了增强光电传感器输出的弱电信号，提高其稳定性和可靠性。
常用的放大电路有运算放大器差分放大电路和晶体管放大电路等。
其中，运算放大器差分放大电路采用运算放大器作为放大元件，通过调整反馈电阻和输入电阻的比例关系，将光电传感器输出的电压信号进行放大。
然后，进行信号处理。
信号处理是为了对光电传感器输出的电信号进行处理和转换，从而得到满足实际需求的信号。
常用的信号处理电路有滤波电路、计数电路和比较电路等。
滤波电路可以滤除噪声信号，提高信号的清晰度和准确性。
计数电路可以对信号进行计数，判断光照强度的变化情况。
比较电路可以将光电传感器输出的信号与设定的阈值进行比较，进而产生触发电平。
最后，进行报警触发。
报警触发是通过光电传感器输出的信号判断是否触发报警，并产生相应的报警信号。
根据需要选择合适的报警触发电路，常见的触发电路有继电器触发电路和集成报警电路等。
继电器触发电路通过继电器对电流进行控制，实现报警信号的切换。
集成报警电路则是利用集成电路的功能实现报警信号的产生和输出。
在光电报警器电路设计中还需要考虑电源电路和保护电路等。
电源电路是为了为光电传感器和其他电路提供稳定可靠的电源供电。
保护电路是为了保护光电传感器和其他电路不受过电压、过电流等问题的影响，提高系统的稳定性和可靠性。
总结起来，光电报警器电路设计需要考虑光电传感器的选择、信号放大、信号处理、报警触发、电源电路和保护电路等方面。
实验8光电报警系统的设计
R1
Rf
2
3 2
CLR D Q
6 C2 5
K1
1K
BT401 红外发光管 K
2CU2B 光敏二极管
R7 3 输入
C1
-5V
CLK Q PR
1K LED
RET
VCC OUTPUT 3 Vo输出 Vo输入 100
4 +5V
7 6 THRES 2
GND 1 驱动脉冲方波
104
接收及报警部分
电路参考值
R1：1KΩ R2：1KΩ R3：120KΩ R4：68KΩ R5：5.6KΩ R6：2.2KΩ R7：1KΩ R8：5.6KΩ C1：0.1μF（104） C2：10 μF D1:1N4007
+
2 R2 R3
－
C1 LF353
－
-5V
R7
4
前1/2LF353 构成主放大器， 将光敏二极管 所产生的电流 信号放大。 后1/2LF353 构成比较放大 器，自主放大 来自6脚的信 号电压。 但此电路报 警不能保持
+
R4
报警系统参考电路
+5V R8 1 2 D CLR Q 6 C2 K1
双D触发器74HC74实现报 警保持和消除电路，一旦 报警，则维持下去，直到 人为消除。
CLR D Q
6 C2 5
K1
+ －
4 -5V
2CU2B 光敏二极管
－
C1 R5 R6 LF353
R7 输入
3
CLK Q PR
1K LED
+
4 +5V
+5V
高电平导通LED
R8 1 2
CLR D Q
项目四：光电报警器的设计与制作
关键词：数码管、光耦、光电转换、报警
一.论文设计主要内容—设计要求
2. 设计要求 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 遮挡显示1，2路遮挡显示2，两路同时遮挡显示3； 3、 采用5V直流电源供电。
四.主要结论—产品应用
家庭使用
车间使用
热 烈 欢 迎
各 位 专 家 批 评 指导 谢 谢
二.研究方法与手段—比较论证法
1.电源模块：由于本系统需要电池供电，我考虑了下 面两种方案为系统供电。 方案一：采用四节1.5V的干电池供电，电压达到6V， 给系统供电的话，由于干电池电量有限，随着工作 时间电压会慢慢降低。采用干电池给系统供电，调 试会给系统带来很大的不便，因此这种方案放弃。 方案二：采用集成稳压芯片LM7805CV ,稳压输出 +5V电压给系统供电。7805输出1A的电流，足以提 供系统工作所要的电流。而且只要带上变压器，稳 压芯片就可以稳定的输出+5V电压。基于以上分析 拟定方案二，作为系统工作时的电压。
一.论文设计主要内容—电路调试
6.电路调试
调试用到的仪器有：数字万用表、5V直流稳压电源。 调试分模块进行调试：
第一步： 将光电转换部分焊接完毕后，接通电源，用数字 万用表分别测试挡光和不挡光时输入74LS32的电压高低。 第二步： 将数码显示部分的译码器和数码管焊接完毕后， 接通电源，测试光路控制与LED显示是否对应。 第三步： 将74LS32和光电报警部分焊接完毕后，接通电源， 测试光路控制与蜂鸣报警是否一致。
课程设计光电报警器设计
课程设计 光电报警器设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解光电效应的基本原理，掌握光电报警器的工作原理和关键部件功能。
2. 让学生掌握电路图的阅读与绘制，了解光电报警器中电子元件的作用及其相互关系。
3. 让学生了解不同类型的光电传感器及其在光电报警器中的应用。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识进行光电报警器的设计与搭建，提高动手实践能力。
2. 培养学生分析问题和解决问题的能力，通过小组合作，培养学生的团队协作能力。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对电子科技的兴趣，培养创新精神和实践意识。
2. 培养学生严谨的科学态度，注重实验安全，养成爱护仪器设备的良好习惯。
3. 增强学生的环保意识，引导学生关注科技在环保领域的应用。
分析课程性质、学生特点和教学要求：本课程为电子技术实践课程，针对初中年级学生，注重理论与实践相结合。
学生具有一定的物理知识和动手能力，对新鲜事物充满好奇心。
教学要求以学生为主体，引导他们主动探索，合作学习，将所学知识应用于实际操作中。
二、教学内容1. 光电效应原理：介绍光电效应的概念、光电传感器的工作原理及其在报警器中的应用。
教材章节：《物理》光电效应部分2. 电路图阅读与绘制：学习电路图的基本符号，掌握光电报警器电路图的阅读与绘制方法。
教材章节：《电子技术基础》电路图部分3. 电子元件：了解光电报警器中常用的电子元件，如光敏电阻、晶体管、继电器等，并掌握其作用。
教材章节：《电子技术基础》电子元件部分4. 光电传感器：学习不同类型的光电传感器，如光敏二极管、光敏三极管等，了解其特点和应用场景。
教材章节：《传感器技术与应用》光电传感器部分5. 报警器设计与搭建：结合所学知识，分组进行光电报警器的设计与搭建，培养学生的动手实践能力。
教材章节：《电子制作实践》项目设计与制作部分6. 实验操作与调试：指导学生进行实验操作，调试光电报警器，分析并解决可能出现的问题。
教材章节：《电子技术实验》实验操作与调试部分7. 安全与环保教育：强调实验过程中的安全意识，引导学生关注科技在环保领域的应用。
光电报警器的设计
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。
50 V图5功率放大电路三．电路测试选择合适的静态工作点满足三极管工作在放大区，在仿真过程中可以通过调节具体元器件的数值来满足课题要求，能够将信号放大带动喇叭（蜂鸣器）发出报警信号。
1．无光照时，开关断开，Q1、Q2两三极管导通，即功放工作，喇叭（蜂鸣器）发出报警信号。
光耦光电式报警器设计报告
摘要本设计为一种基于光电耦合的光电式报警器。
本设计由光检测电路、555组成的多谐震荡信号发生电路、逻辑判断电路、译码显示电路等电路组成。
采用光电耦合传感器的感光性来检测两路的光耦是否被遮挡，当有光耦被遮挡，则通过数码管和蜂鸣器来确认和识别，当无光耦被遮挡时数码管显示0，而蜂鸣器不报警；当有一路光耦被遮挡住时，数码管显示1，蜂鸣器报警；当2路光耦均被遮挡，数码管则显示2，蜂鸣器同时报警。
整体设计简单、分模块化，充分体现了现在电路设计分工合作的思想，同时，本设计有很大的经济应用价值，可以用来防盗报警或工业检测报警等等。
关键字：光电耦合555多谐振荡模块化目录前言 (3)第一章设计内容及要求 (4)第二章系统组成及工作原理 (4)2.1系统组成 (4)2.2工作原理 (5)第三章系统设计方案 (5)3.1 方案一 (5)3.2方案二 (6)3.3方案选择 (7)第四章电路设计、参数选择 (7)4.1光电检测电路 (7)4.2 逻辑判断电路 (8)4.3驱动电路 (8)4.4 显示电路和报警电路 (9)第五章实验调试过程与测试结果分析 (10)5.1调试过程和现象 (10)5.2测试结果 (11)5.3测试总论 (11)总结 (13)参考文献 (14)附录 (14)前言随着社会上各行各业的蓬勃发展，报警器已经在人们的日常生活中得到了广泛的应用，如汽车、摩托车报警器，仓库大门，以及各行业的安全系统中，几乎无一例外的私用了报警电路。
随着社会科学技术的迅猛发展，人们对于报警器的性能要求也越来越高，然而传统的触摸式、开关式报警器已不能满足人们对于家电的智能化和可靠性的要求。
由于光电技术的发展，使得这一难题迎刃而解，光电式报警器随之而产生。
如今，光电式报警器已经广泛应用到了工农业、自动化机械、医疗电子等各个行业。
本设计基于光电式报警器的功能而建立模型，借助于逻辑电路，采用模块化设计思想，使设计变得简单、方便、灵活性强，在充分体现光电式报警器的功能同时，使其更稳定，更利于应用到生活。
PSpice光电报警器设计
光电报警器设计作者（武汉工程大学理学院，武汉，430200）摘要：如今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普遍可见。
本文介绍了一种利用LM555CN为HG412A砷化镓发光二极管的调制电源，经过调制后的红外二极管做发射光源，使用2CU2D硅光敏二极管探测该红外信号简单的光电报警系统，并着重介绍了555芯片产生多谐振荡电路的原理。
系统由发射、接收放大、有源带通滤波四个部分组成。
当红外发光管与硅光敏二极管之间的区域被隔断时，报警电路部分的红灯亮；而当电路正常接受到5KHz光脉冲时，发光二极管不亮。
利用软件PSPICE建立了报警系统的模拟电路，并且在一定条件下对电路进行了仿真。
关键字：报警系统；调制电源；振荡；发光二级管0引言采用LM555CN芯片、发光二级管LED、光敏电阻2CU2D等构成的构成的光电报警器，具有反应灵敏、探测距离远、可靠性高等优点，在安全防范及自动控制领域已得到广泛应用。
光电报警系统是一种监视系统，当不乏分子入侵防范区域时，能够使红外发光管与硅光敏二极管之间的区域被隔断，报警电路的红灯亮。
主人、家人、邻居或者值勤人员能够根据报警电路LED灯发光情况采取必要的防范措施，从而避免相应的损失。
随着电子线路EDA的应用和发展，出现了许多电子电路仿真与分析软件，利用这些软件可以对电路进行仿真和性能分析，如直流扫描分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析等，从而得知电路的一些性能指标是否满足设计要求，如不满足要求，可通过调整电路的参数获得电路理想的性能。
如果采用手动调整，一般存在3个缺点：一是准确性不够，有一定的误差；二是如果需要调节的参数较多，很难对多个参数进行综合考虑；三是消耗大量时间。
为了解决这些问题，Microsim公司推出的PSPICE仿真软件提供了一套电路模拟及仿真，它可以按照事先规定的设计目标，自动调整元器件参数值，并且可以同时优化多个参数，对其进行综合考虑，使电路的性能更加理想。
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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。
50 V
图5功率放大电路
三．电路测试
选择合适的静态工作点满足三极管工作在放大区，在仿真过程中可以通过调节具体元器件的数值来满足课题要求，能够将信号放大带动喇叭（蜂鸣器）发出报警信号。
1．无光照时，开关断开，Q1、Q2两三极管导通，即功放工作，喇叭（蜂鸣器）发出报警信号。
无光照时的仿真电路图如图6所示。
图6 无光照时的仿真电路图
无光照时蜂鸣器（应调电压为1.414V ，电流0.18A ）工作参数如图7所示。
图7蜂鸣器工作参数
无光照时蜂鸣器的输出波形如图8所示。
图8 无光照时蜂鸣器的输出波形
2．有光照时，开关闭合，Q1、Q2均截止，喇叭（蜂鸣器）不发出报警信号。
有光照时的仿真电路图如图9所示。
U2
图9 有光照时的仿真电路图
有光照时蜂鸣器（应调电压为1.414V，电流0.18A）工作参数如图10所示。
图10有光照时蜂鸣器参数
有光照时蜂鸣器的输出波形如图11所示。
图11有光照时蜂鸣器的输出波形
四、结论、性价比
此次课题要求在给定电源电压为±6V的条件下，设计一个光电报警器，使其在无光照时，在一个0.25W、8 的喇叭上发出音频报警信号；有光照时不发出信号。
该电路设计在光控电路、振荡和功放电路的共同作用下能够在无光照时发出报警信号，有光照时不发出信号，进而达到报警的目的。
设计思路明确，通过光控电路来决定振荡器与功率放大电路的连接。
电路图相对简单，可读性好，条理非常明确，可以更好地了解报警器的工作原理。
电路简单，元器件少，这也为在实际生活生产中制造此类光电报警器带来了很大的便利。
该设计用到的二极管、三极管、电阻、电容、蜂鸣器等都是模拟电子线路设计中常用的器件，也是我们平时做实验经常使用的，所以我们都比较熟悉其特性。
电路简单易懂，可读性强，制作简单，经济实用。
从器件选择到设计整体都考虑了器件的常见度与成本，所以从总体看遵循了性价比较高的原则。
参考文献
[1] 童诗白，华成英主编者. 模拟电子技术基础. [M]北京：高等教育出版社，2006
[2] 戴伏生主编. 基础电子电路设计与实践. [M]北京：国防工业出版社，2002年
[3] 谭博学主编. 集成电路原理与应用. [M]北京：电子工业出版社，2003年
[4] 陈国华主编. 电子防到报警器电路大全.[M]北京：电子工也出版社，1997年
[5]黄继昌等主编. 数字集成电路应用300例. [M]北京：人民邮电出版社，2002年
[6] 孙肖子.邓建国主编.电子设计指南.[M]北京：高等教育出版社，2006年
附录I 总电路图
图12总电路图
附录II 元器件清单。