课程设计说明书
课程设计名称： 电子课程设计
课程设计题目： 光电式报警器 正弦波-方波-三角波函数转换器
学 院 名 称： 信息工程学院
专业： 电子信息工程 班级：
学号： 姓名：
评分： 教师： 周晋军
20 14 年 10 月 30 日
20 14 －20 15 学年 第 1 学期 第 1 周－ 4 周
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
第一章 设计内容及要求 ……………………………… 1
第二章 系统组成及工作原理 ……………………….. 2 第三章 系统设计方案 ..………………………....... 3
3.1 方案一 ..………………………...... 3 3.2 方案二 .………………………....... 3 3.3方案选择 ..……………………......... 4 第四章 电路各模块原理图 ……………………………… 5 4.1报警模块 ………………………........ 5 4.2 数字显示模块 ………………………........ 5 4.3 光电转换模块 .………………………....... 7 第五章 实验调试过程与测试结果分析 .....……………......... 8
5.1 调试过程和现象 ...............………………… 8 5.2 测试结果 ...............………………… 8 5.3测试结论 ...............………………… 9 总结 ……………………………… 10 参考文献 ……………………………… 11 附录 ……………………………… 12
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，几乎无一例外的都运用了报警电路。随着社会科学技术的迅速发展，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。
本设计光电式报警器实用光耦，以及加上一些逻辑器件的组合，简单而实用的完成设计要求。具有节能，安全性高，稳定性好的特点，可以充分应用的到各个安全防范地带。
由于作者的知识水平有限以及时间仓促，因此内容中难免颇多纰漏，还请老师给予批评指正，笔者将不胜感激。
第一章 设计内容及要求
【设计基本要求】
1. 采用双光路结构，当任一光路被遮挡时，报警器发出间歇式光电报警。
2. 采用LED显示被遮挡的路数，无报警显示0；1路显示1；2路显示2；同时遮挡显示3. 3. 采用5V供电。 【主要参考元件】
光耦、74LS08，74LS48 【提高要求】：无
第二章 系统组成及工作原理
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74LS247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。
图2.1 工作原理框图
第三章 系统设计方案 3.1 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3.1.1
当接通电源的时候，发光管发出红外光，接收管导通，从A点输出低电平，当有东西遮在两个管子中间时，接收管断开，从A点输出高电平，见图2.2—1。
3.2 方案二
接通电源通过光耦的导通和断开，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3.2.1
当接通电源的时候，光耦内部的光敏三极管导通，从B点输出低电平，当有东西遮在光耦的U型槽中时，光敏三极管断开，从B点输出高电平，见图2.2.2。
3.3方案选择
比较上述两种方案，都是将光信号转化为电信号输出高低电平，经过译码器驱动数码管显示不同的数字，同时通过输出的高低电平经或门来控制555构成的多谐振荡器。主要不同之出就在于光电转换电路的选择，经过实验检测第一种方案输出的高电平比较低，致使数码管的亮度不是很高，要加个放大电路才能增加数码管的亮度，而第二种方案却不用加放大电路。虽然光耦的成本比对管高一些，但是实验电路和步骤较简单，而且光耦的发射和接收都在一个器件中灵敏度比对管要高，综合来看，选择第二种方案。
第四章：电路各模块原理图
4.1 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4.1.1： 555芯片管脚图 图4.1.2：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。
4.2 数字显示模块
其次，显示电路选择74LS247——7段译码器：
图4.2.1： 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4.2.2： 数字显示电路图
图4.2.3： 74LS247译码器的真值表
4.3 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4.3.1 ：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4.3.2： 74LS32的管脚图 图4.3.3：74LS32的真值表
第五章 实验调试过程与测试结果分析
5.1 调试过程和现象 1 焊接注意事项
由于本次的设计是按照不同的模块来分别设计的，所以在焊接的时候也应该按照不同的模块来焊接和安装。每焊接完一个模块都要进行调试，只有当调试结果对了，才能进行下一步的焊接工作。不要把所有的电路全部焊接完了再进行调试，否则如果出现问题将会很难查出来，而且还会给修改电路带来不必要的麻烦。 焊接前要根据电路在电路板上对元器件进行合理的布局。焊接过程中要注意焊接的操作要点和注意点。芯片的管脚要正确读取，接电源的管脚和接地的管脚不搞反了。万能板上的电源线和地线要分清楚，焊接时千万不要搞错了。当用到导线时，线要尽量地贴板走。在焊接芯片插座及其它电路时，一定要将芯片从插座上拔离，防止烧坏芯片。焊接完后的长出来的管脚和导线一定要全部剪掉，以防相互碰到造成电路的混乱。
安装元器件时，尤其是芯片的安装一定要注意芯片管脚和插座管脚要相互对应起来，不要插反了。有些元器件有正负两端，有些有三个端比如三极管，要知道如何正确读取其管脚。数码管的两个公共端要分别接电阻后再接地，不要把两个公共端连在一起共用一个限流电阻。
2 调试要点
1.基本设计电路调试
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，器件管脚是否搞错了，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=0.25V，挡光时A=B=4.7V，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，一接通电源，数码管就显示0，用纸片遮挡住光路1，数码管显示1，遮挡住光路2，数码管显示2，同时遮挡，数码管显示3，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74LS32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1，发出间歇式声光报警，遮挡住光路2，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，所有电路全部调试完毕。
5.2 测试结果
最后调试成功后的电路实现的功能为：
1.当任一路光被遮挡时，报警器发出间歇式声光报警。
2.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。
5.3测试结论
由测试结果来看，设计达到了预期的目的，完成了对光路的检测，并且成功显示并给予了报警。
总结
在这次课程设计中，通过对“光电报警器”的设计、安装以及调试，笔者从
中学到了不少知识。在做这个题目的过程中，笔者和搭档一起查资料、学习、设计。这些必要的准备工作完成后，又一起安装电路、焊接电路、测试改进、分析问题。最后得出了比较满意的结果。
本次实践中，进一部加深了笔者对平时所学理论知识的理解和掌握，也了解到要把学到的知识用于实践中，不只重视理论，要考虑学到的东西能用在那方面，例如笔者正开始学《微机原理》，笔者发现电路主机本上都是由我们以前学过的集成逻辑电路组成。
本次实验培养了笔者的自学能力和独立找出问题、分析问题的能力和动手能力。
在本次实验中，学到了做任何事情都要有耐心，电路焊好并不代表你已经成功了，测试也是一个很重要的阶段。在测试的过程，笔者掌握了一些电路调试的方法和一般规律，同时也掌握了如何来检查和排除实验中的所遇到的一些常见故障。
不是电路在电脑上能仿真出来连接到电路板上就能测试成功，可能在实验的过程中要不断修改方案。
本次设计性实验通过利用光耦及对管这两个廉价的元器件制造出了实用价值更高的光电报警器，该报警器通过555多谐振荡器，74LS32，74LS247，数码管 ，蜂鸣器，发光二极管与光耦，对管的巧妙结合，实现了光电报警器可用价值。同时通过两种方案的比较，利用光耦来制造光电报警器效果更好。通过本次实验，让我发现元器件的巨大用途，一个个小小的元件结合起来的巨大用途，科技真的很神奇。
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 [4] 赵珂、彭嵩.电子技术实践3.南昌：南昌航空大学信息工程学院电子技术实践中心.2011
[5] 张瑾，张伟，张立宝.电路设计与制版Protel 99SE入门与提高.北京：人名邮电出版社.2007
[6] 胡国庆.电工电子实践教程.第一版.北京：清华大学出版社.2007
附 录
元件清单：
555定时器功能表：
电路总图：