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光电报警器的设计,毕业论文.doc

光电报警器的设计,毕业论文

林巧沁
2019-01-18 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《光电报警器的设计,毕业论文doc》,可适用于高等教育领域

中国地质大学毕业论文(设计)课题名称:用光敏控制的光电报警器的设计学生姓名:学  号:指导老师:评阅老师:时间年月用光敏控制的光电报警器的设计摘要系统设计了一个光电式报警器该报警器通过感光器件把光信号转化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四个模块即电源模块、光电转化模块、报警模块以及显示模块构成。各模块功能独立可扩充性强很有经济利用价值。本文设计的光电报警器是报警器和光藕的结合它可以运用到各种领域如火灾探测、煤气泄露报警、交流电流越限报警、玻璃破碎探测等使用范围广、功能强具有很强的使用价值是现代生活中必不可少的一项设备。关键词:数码管、光耦、多谐振荡、光电转换、报警目录摘要……………………………………………………………………………关键词…………………………………………………………………………一 前言……………………………………………………………………二 设计内容与要求……………………………………………………… 设计方案……………………………………………………………… 设计要求………………………………………………………………方案论证比较…………………………………………………………三 硬件电路………………………………………………………………… 总体电路设计………………………………………………… 电源模块……………………………………………………… 报警模块………………………………………………………… 数字显示模块……………………………………………………光电转换模块……………………………………………………蜂鸣器的结构原理………………………………………………四 提高要求电路的实现……………………………………………………系统工作原理及其组成…………………………………………………单元模块……………………………………………………………………计数器设计模块……………………………………………………数字显示模块………………………………………………………五电路的原理和介绍…………………………………………………………六电路的调试过程与分析…………………………………………………基本设计电路调试…………………………………………………………提高设计电路调试…………………………………………………………七 总结………………………………………………………………………致谢………………………………………………………………………参考文献…………………………………………………………………附录一…………………………………………………………………………附录二………………………………………………………………………… :前言报警器的应用非常广泛分为机械式报警器和电子报警器。经常应用于系统故障、安全防范、交通运输、医疗救护、应急救灾、感应检测等领域。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。本次课程设计的题目是“光电报警器”光电报警就很好的改善了这些方面。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。本课程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和发展。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检测到的环境。可见报警器已经运用到社会各种领域。如图::设计内容与要求设计方案根据课题设计要求初步建立如下系统框图图系统原理框图 设计要求、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、 采用LED显示被遮挡的路数无报警显路显路显同时遮挡显、  采用V供电。【主要参考元件】:光耦LSLS。方案论证比较电源模块: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V的干电池供电电压达到V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LMCV,稳压输出V电压给系统供电。输出A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V电压。基于以上分析拟定方案二作为系统工作时的电压。报警器模块:方案一采用扬声器作为系统报警电路需增加元器件并且扬声器占用空间大重价格也相对其它报警设备贵所以放弃此方案。方案二:采用无缘蜂鸣器价格便宜体积小携带方便报警声音清晰但是要增加驱动电路方可工作。方案三:采用有缘蜂鸣器价格便宜体积小携带方便报警声音清晰直接与输出信号引脚相连就可以工作了电路简单。基于以上分析拟定方案三作为系统的报警部分。:硬件电路总体电路设计本电路由部分组成:光信号转换成数字信号系统数字显示系统报警系统和V稳压源系统。通过光照光敏三级管输出高低电平来控制LS显示数字是哪路被遮挡同时由报警器发出间歇式的报警声。芯片LS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欧的电阻。电源模块采用变压器经过整流滤波后再通过三端稳压器LMCV得到V电压给系统供电。光电转换模块光电转换采用光耦光耦内由发光二极管和光敏三极管组成采用V电源供电。为防止光耦烧坏应该在三极管旁串联一个欧姆的电阻。图光电转换图:图光电转换图光敏三极管受到光照时C、E极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LS。图 LS的管脚图数字显示模块图数字显示模块电路图此模块由LS及共阳数码显示器组成LS驱动共阳数码显示器工作。LS的脚因无输入故接低电平脚接高电平而,脚则与光电转换模块中光敏三极管输出的连接。此时LS正常工作驱动共阳数码显示器工作以显示数字到。报警模块考虑到间歇性声光报警电路可以采用振荡电路实现首先了解芯片的结构性能:图 芯片管脚图图报警电路图                   通过定时器构成自激多谐振荡器产生的矩形脉冲来控制蜂鸣器的叫声对于多谐振荡器可根据T=*(RR)*C来确定间歇时间导通时间为T=*(RR)*C充电时间T=TT由电路图可以算出导通时间为:T=*(K*K)*uF=KHZ。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脚悬空时则电压比较器C的同相输入端的电压为VCCC的反相输入端的电压为VCC。若触发输入端TR的电压小于VCC则比较器C的输出为可使RS触发器置使输出端OUT=。如果阈值输入端TH的电压大于VCC同时TR端的电压大于VCC则C的输出为C的输出为可将RS触发器置为可使RS触发器置使输出端OUT=。如果阈值输入端TH的电压大于VCC同时TR端的电压大于VCC则C的输出为C的输出为可将RS触发器置使输出为电平。图芯片的内部结构图        蜂鸣器的结构原理本次设计采用的压电式蜂鸣器压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后(~V直流工作电压),多谐振荡器起振,输出~kHZ的音频信号阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极经极化和老化处理后再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。:提高要求电路的实现系统工作原理及其组成图每当来一个计数脉冲时计数器计一次数并将结果输出给显示译码器译码器输出“”有效来驱动共阴数码显示器工作计数器计一次数计数范围是并且电路具有清零功能当按键开关按下时即给计数器异步清零。 单元模块计数器模块设计图第一片计成图第一片的进位输出C作为第二片的EP和ET输入每当()时C变为下个CLK信号到达时第二片为计数工作状态计入而第一片计成()它的C端回到低电平。第一片的EP和ET恒为始终处于计数工作状数字显示模块图此模块由CD及共阴数码显示器组成CD驱动共阴数码显示器工作。只要将计数器的输出接到CD的BCD码输入端即能驱动数码管显示(注意高地位)。:电路的原理和介绍由上述的方法设计出了附录二中得电路图下面介绍电路的工作原理:电路中的左侧为第一路右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LS或门以后的总的电压为低低电压与的管脚相连RS使得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LS中的、脚输入的信号输出的信号通过共阳数码管显示为。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点平有一个为高另一个为低然后经过LS或门以后的总的电压为高高电压与的管脚相连使得能够正常工作产生KHZ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LS中的、(、)脚输入的信号输出的信号通过共阳数码管显示为、。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LS或门以后的总的电压为高低电压与的管脚相连使得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LS中的、脚输入的信号输出的信号通过共阳数码管显示为。:电路的调试过程与分析基本设计电路调试调试用到的仪器有:数字万用表、V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A、B两点的电压第一次测试结果是挡光和不挡光的电压值都一样这说明电路出现了问题关闭电源用万用表的蜂鸣档检查电路是否有短路和断路的地方结果没有。然后又检查了是否将电路焊错了元器件的管脚是否插错了仔细一检查才发现是将光耦中光敏三极管的发射极和集电极搞反了。将电路改正后再次用万用表测试结果是不挡光时A=B=V挡光时A=B=V符合高低电平的要求可以焊接下一个模块。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数码管就显示用纸片遮挡住光路数码管显示遮挡住光路数码管显示同时遮挡数码管显示符合设计要求说明数码显示这个模块没有出现问题可以焊接下一个模块。第三步将LS和光电报警部分焊接完毕后接通电源声光报警部分不工作用纸片遮挡住光路发出间歇式声光报警遮挡住光路也发出间歇式声光报警同时遮挡同样能发出间歇式声光报警符合设计要求这部分也没有出现问题所有电路全部焊接调试完毕。最后调试成功后的电路实现的功能为:当任一路光被遮挡时报警器发出间歇式声光报警LED显示被遮挡的路数无报警显路显路显同时遮挡显。提高设计电路调试调试用到的仪器有:数字万用表、V直流稳压电源、函数信号发射器。第一步将计数部分焊接好后接通电源利用函数信号发射器发生脉冲计数信号计数频率为秒用万用表观察计数输出情况若计数器工作正常则继续下一模块的焊接否则检查电路检查出错原因。第二步将驱动译码器和数码管焊接完毕后将计数器的输出接至译码器的输入接通电源给计数器加计数脉冲数码管能正常显示计数。最后调试成功后的电路实现的功能为: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具有清零功能。 :总结本次课程设计通过对“光电报警器”的设计、安装以及调试我从中学到了不少知识。进一步加深了我对平时所学理论知识的理解和掌握也明白到要把所学知识运用到实践中不只重视理论也要考虑所学的东西能够用到哪些方面。这次实训也让我接触了很多新知识巩固了旧知识锻炼了自己的动手能力丰富了经验对以后的学习工作都很有帮助可以说是受益匪浅。再次反过来思考这个电路整个电路简单明了可以根据此电路图应用到各个领域中可以说十分有利用价值。在本次课程设计中我也遇到了很多困难比如方案的比较与选择、电路的调试等后来经过同学、老师的帮助以及翻阅资料等解决了问题让我认识到做任何事情都要有耐心。而且只要我们付出努力就一定会成功。致谢首先要感谢学校领导老师给我这次动手实践的机会!感谢在我做课程设计过程中提供给我帮助的老师和同学们!在本次论文设计中从该论文构思、写作以及各个环节经过老师和同学的帮助让我得以最终完成毕业论文的设计。虽然比较艰难但是我还是充满喜悦感因为经过努力我完成了目标。再次感谢所有给予我帮助的人!由于经验匮乏、能力有限设计中难免会有出错的地方希望老师能够多多指教。最后我要向百忙中抽空对本文进行审阅、评议和参与本人论文答辩的老师表示衷心的感谢!参考文献王毓银数字电路逻辑设计M北京:高等教育出版社王远编模拟电子技术基础学习指导书北M北京:清华大学出版社,阎石数字电子技术基础M南京:高等教育出版社康华光电子技术基础(第五版):高等教育出版社,华成英童诗白模拟电子技术基础(第四版):高等教育出版社,附录一 元件清单元件清单共阳数码管个 LS芯片个 光耦个 芯片个 蜂鸣器个 LS芯片个 电容uf(个)、nf(个)电阻欧(个)、欧(个)、千欧(个)、千欧(个)   附录二 电路原理图

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