光电报警器设计-课程设计

郑州科技学院 《数字电子技术》课程设计 题    目      光电报警器设计   学生姓名                      专业班级                      学    号                        院 （系）                       指导教师                        完成时间   2013年 11 月25 日  目  录 1  设计内容    1 1.1  设计基本要求    1 2  电路选择    1 2.1  总体电路设计    1 2.2  元器件的选择    2 3 单元模块介绍    5 3.1  报警模块    5 3.2  数字显示模块    6 3.3  光电转换模块    8 3.4  蜂鸣器的结构原理    9 4 电路原理和介绍    10 5 硬件的制作与调试    10 5.1  电烙铁的使用    10 5.2  电子产品的调试    11 6 总结    12 参考文献    13 附录1： 元件清单    14 附录2：总体电路图    15 1设计内容 1.1  设计基本要求 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，CD4511，数码管 ，蜂鸣器，发光二极管。  1.2  设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 根据课题设计要求初步建立如下系统框图：根据课题设计要求初步建立如下系统框图： \ 图1-1 系统原理框图 2  电路选择 2.1  总体电路设计 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。 芯片74LS247是驱动共阴数码管的译码器，所以在共阳数码管之前要加几个330欧的电阻 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。通过光耦的光敏三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。 2.2  元器件的选择 1. 光耦（H92B4）：光耦原理图见图2.3.1。光耦的型号为H92B4，由发光二极管和光敏三极管构成的，有4个管脚。当光敏三极管接收到二极管发射的光时，其工作在饱和导通状态，当光敏三极管无法接收到二极管发射的光时，三极管工作在截止状态。1和4 脚接电源，并要加限流电阻。 图2-1  光耦原理图 2. 或门（74LS32） 74LS32管脚图如图2.3-2所示 图2--2  74LS32管脚图 74LS32为四2输入或门。 实现逻辑为：Y=A+B 其中A，B为输入端，Y为输出端，GND为电源负极， 为电源正极 3. 译码器（74LS247） 74LS247管脚图如图2.3-3所示： 图2-3  74LS247管脚图 74LS247为BCD—七段译码器/驱动器，低电平时有效。集电极开路输出直接驱动显示器；有灯测试装置；前沿/后沿零熄灭；能调节灯光强度；耐压为15V。 4. 数码管 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。本次课程设计使用的为共阳数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。 怎样测量数码管引脚，分共阴和共阳? 找公共共阴和公共共阳首先，我们找个电源（3到5伏）和1个1K（几百的也欧的也行）的电阻， 串接个电阻后和GND接在任意2个脚上，组合有很多，但总有一个LED会发光的找到一个就够了，，然后用GND不动， （串电阻）逐个碰剩下的脚，如果有多个LED（一般是8个），那它就是共阴的了。相反用 不动，GND逐个碰剩下的脚，如果有多个LED（一般是8个），那它就是共阳的。也可以直接用数字万用表，红表笔是电源的正极，黑表笔是电源的负极。 5．555定时器 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。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。 图2.3-5为555定时器的内部结构及管脚排列: (a)                                (b) 图2-5  555定时器内部结构（a）及管脚排列（b） 555 定时器只需外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。 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 的反相输入端的电压为 ， 的同相输入端的电压为 。若触发输入端 TR 的电压小于 ，则比较器 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 ，同时 TR 端的电压大于 ，则 的输出为 1， 的输出为 0，可将 RS 触发器置0，使输出为 0 电平。 3 单元模块介绍 3.1 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3-1  555芯片管脚图              图3-2  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。对于多谐振荡器可根据: 式（4-1）                                来确定间歇时间，导通时间为： 式（4-2） 充电时间 由电路图可以算出导通时间为：    式（4-3） 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 的同相输入端的电压为 ， 的反相输入端的电压为 。若触发输入端 TR 的电压小于 ，则比较器 的输出为 0，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 ，同时 TR 端的电压大于 ，则 C1 的输出为 0， 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。 3.2  数字显示模块 其次，显示电路选择74LS247和共阴7段LEDS译码管 图3-3   74LS247与共阴数码管的链接图 表3-1  74LS247引脚功能表—七段译码驱动器功能表 输入 输出 显示 LI RBI BI A3 A2 A1 A0 a b c d e f g 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 8全灭 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9                               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。                                  74LS247是一款低电平驱动的数字译码芯片，输出有效点位为低电平，可以配上共阳的数码管，我们也可以选着74LS48高电平驱动的和共阴数码管，更具自己的喜好选着不同芯片，本为采用的是74LS247。 芯片74LS247动共阴数码管的译码器，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，倘若数码管显示的过与亮了就要增大电阻的阻值 3.3 光电转换模块 再次光电转换采用光耦，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