1、 桂林電子科技大學課程設計（論文）報告用紙 第 14頁 共 14 頁 課程設計(論文)說明書題 目： 光電檢測報警器 院 （系）： 信息與通信學院 專 業： 電子信息工程 學生姓名： 宋永勝 學 號： 1200220624 指導教師： 張法全 職 稱： 副教授 2014年 月 0 日摘 要本設計是基于紅外對管（反射式）和LM311電壓比較器的光電檢測報警器。紅外對管是紅外線發射管與光敏接收管，或者紅外線接收管，或者紅外線接收管配合在一起使用時候的總稱。本次設計使用紅外對管（反射式）構成光電轉換元件。LM311電壓比較器主要功能是電壓的比較。在本次設計中LM311的功能是比較兩輸入端電壓數值的高

2、低，使輸出翻轉，去控制蜂鳴器。LM311設計運行在更寬的電源電壓：從標準的±15V運算放大器到單5V電源用于邏輯集成電路 。其輸出兼容RTL,DTL和TTL以MOS電路。此外，LM311可以驅動繼電器，開關電壓高達50V，電流高達50mA。關鍵字：紅外對管；紅外線發射管；紅外線接收管；LM311電壓比較器；邏輯集成電路 AbstractThis design is the photoelectric detection alarm for pipe and the LM311 voltage comparator based infrared.Infrared tube i

3、s 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 comp

4、arison, 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

5、 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 目 錄 引言31 設計要求42 設

6、計思路42.1 整體設計框圖 42.2 設計方案的選擇與論證比較 42.2.1光電轉換模塊42.2.2報警器模塊52.3 硬件部分 52.3.1整體電路設計52.3.2光電轉換模塊62.3.3報警模塊83 相關參數計算 84 結論 9謝辭 11參考文獻12附錄 13引言 隨著社會的不斷進步,電子技術的不斷發展，人們生活水平得到了很大的改善,許多高科技產品越來越成為家庭生活的必需品，由此人們對自己所居住環境的安全需求就越來越高,特別是家居安全，主人們要時刻留意不速之客的光顧自己家。為此許多小區，家庭，學校都安裝了報警系統，這能有效的保證居民的人身財產安全。該設計利用紅外對管的特性進行安全檢測監控

7、，并進行報警的系統的設計。目前,在市場上所能見到的防盜報警裝置有多種多樣,它們的控制原理也不盡相同。這里除了在基本電路上的差異外,主要表現在對不同傳感器的使用上。傳感器的種類繁多,性能和要求千差萬別。其中紅外對管（反射式）進行安全檢測報警的報警器，具有低成本,易普及, 高可靠性等突出優點,具有廣泛的市場發展前景。1 設計要求光電檢測報警器要求： 設計一個光電檢測有無物體系統，當一定距離內有物體時（直線正對面），發出警報。2 設計思路2.1整體設計框圖是系統開啟有無物體報警否報警 圖1 系統設計思路圖2.2設計方案的選擇與論證比較2.2.1光電轉換模塊方案一： 用光敏電阻組成光敏探測器

8、。光敏電阻的阻值可以隨著周圍環境的改變而改變。當光敏電阻受到光照射或被遮擋而處于陰暗面時，阻值會有明顯的變化，將這種阻值的變化通過比較器就可以輸出高低電平。但是這種方案受光照影響很大，不能穩定工作。因此我考慮其他的更加穩定的方案。方案二： 用紅外發射管和接收管制作紅外對管傳感器。紅外發射管發出紅外線，當發出的紅外線在比較光亮的環境中，若接收管能接收到發射回來的紅外線則檢測出在有光的環境，進而輸出低電平，若接收不到發射管發出的紅外線則檢測出在黑暗的環境，輸出高電平，這樣制作的光電檢測報警器就滿足了設計的要求，而且工作穩定，受其他因素影響較小，價格實惠。基于以上兩種方案的分析與考慮，決定選擇紅外對

9、管作為光電轉換模塊。2.2.2報警器模塊方案一： 采用揚聲器作為系統報警器，電路要增加元器件，并且揚聲器的占用空間比較大，而且相對其他報警器元件要貴，超出預算，所以放棄。方案二： 采用無緣蜂鳴器，價格便宜，體積小，報警聲音清晰，但是要加入驅動電路，它才能正常工作。方案三： 采用有源蜂鳴器，價格便宜，體積小，方便攜帶，報警聲音清晰，重要的是它可直接與輸出信號的引腳相連，就可以正常工作，所需設計的電路相對簡單。基于以上三種方案，選擇方案三中的有源蜂鳴器作為報警器。2.3硬件部分2.3.1 整體電路設計原理圖： 圖2 光電檢測報警電路原理圖本電路由光電轉換和報警系統組成，通過紅外接收管接收到的紅外發

10、射管發出的紅外線的有與無來輸出高低電平，由LM311電壓比較器來比較兩輸入端電壓數值的高低，使輸出翻轉，經過三極管8050放大后，去控制蜂鳴器，達到報警的目的。2.3.2光電轉換模塊 紅外線發射與接收的方式有兩種，其一是直射式，其二是反射式（此次設計采用的是反射式）。反射式指發光管與接收管并列一起，平時接收管始終無紅外線照射，只在發射管發出的紅外線遇到反射物時，接收管接收到反射回來的紅外線才工作。光電轉換模塊采用紅外對管（反射式），發射管串接一個300歐姆的電阻，以防止發射管被燒壞，在接收管串接一個10k的電阻。100k精密可調電位器來調節比較器的參考電壓，通過比較器LM311來輸出比較的電平

11、高低。當沒有物體遮擋紅外對管時，接收管相當于短路，輸出低電平。當有物體遮擋時，接收管截止，輸出高電平。圖3 原理圖中的光電轉換模塊所采用的紅外對管紅外發射管和紅外接收管(1)紅外線發射管主要有三個常用的波段，如下850NM，875NM，940NM。根據波長的特性運用備的產品也有很大的差異，850NM波長的主要用于紅外線監控，875NM主要用于醫療設備，940NM波段的主要用于紅外線控制設備，比如紅外線遙控器、光電開關、光電計數設備等。 圖4 紅外線發射管 圖5 紅外線發射管的主要參數(2)紅外接收管不受可見光的干擾，感光面積大，靈敏度高，屬于光敏二極管，一般只對紅外線有反應。圖6 紅外接收管紅

12、外接收管與光敏二極管，普通半導體二極管在結構上是相似的。在光敏二極管管殼上有一個能射入光線的玻璃透鏡，入射光通過透鏡正好照射在管芯上。光敏二極管管芯是一個具有光敏特性的PN結，它被封裝在管殼內。光敏二極管的管芯以及管芯上的PN結面積做得較大，而管芯上的電極面積做得較小，PN結的結深比普通半導體二極管做得淺，這些結構上的特點都是為了提高光電轉換的能力。2.3.3報警模塊(1)由光電模塊產生的高低電平信號，輸入到LM311比較器中。由LM311電壓比較器來比較兩輸入端電壓數值的高低，經使輸出翻轉，經過三極管8050的放大后，去控制蜂鳴器有沒有報警聲。LM311電壓比較器主要功能是電壓的比較，比較兩

13、輸入端電壓數值的高低。LM311設計運行在更寬的電源電壓：從標準的±15V運算放大器到單5V電源用于邏輯集成電路 。其輸出兼容RTL,DTL和TTL以MOS電路。此外，LM311可以驅動繼電器，開關電壓高達50V，電流高達50mA。圖7 原理圖中的報警模塊 圖8 LM311內部電路圖 (2)三極管8050是非常常見的NPN型晶體三極管，在各種放大電路中經常看到它，應用范圍很廣，主要用于高頻放大，也可用作開關電路。 圖9 8050三極管8050三極管參數：類型:開關型;極性:NPN; 材料:硅;最大集電極電流(A):0.5 A; 直流電增益:10 to&#

14、160;60; 功耗:625 mW; 最大集電極-發射極電壓(VCEO):25;1 特征頻率:150 MHzPE8050 硅 NPN 30V 1.5A 1.1W3DG8050 硅 NPN 25V 1.5A FT=190 *K2SC8050 硅  NPN 25V 1.5A FT=190 *KMC8050 硅 NPN 25V 700mA 200mW 1

15、50MHzCS8050 硅 NPN 25V 1.5A FT=190 *K3 相關參數計算紅外線發射二極管在使用時，由電流驅動，發光強度是與電流成比例變化，所以電流控制方式的重要性就相對的增加了。圖13所示為其電阻負載驅動方式，這是最簡單的驅動方式，驅動電源是直流電源，根據圖14所示的正向電壓、電流特性可繪出其負載線，并求出其工作點。該工作點所對應的電壓、電流分別為Vf及If，其算式為：圖10 發光二極管的驅動電路 圖11 發光二極管正向電流電壓特性及工作點在進行設計時，最重要的是在If電流的控制，設計出的If不能太大，若大于If發射管

16、可能會燒毀，If若太小，則其發射束就會變小。另外在取電源電壓時也必須要考慮它的其穩定性，為了發射管發射紅外線光束的穩定，電源電壓的穩定就是必須要考慮的問題，所以在精密的紅外線控制中，應盡量做到電源的穩定，有時為求其穩定性也可將電源提高，電源提高之后，為了保持電流的不變，所使用的限流電阻也相應的提高，此時電源電壓小的變動，電流的變化就不會很大。假設電源電壓VCC=5V，電流If取小于If<13mA，由圖8的特性曲線求得電壓Vf=1.2V代入驅動公式可得：得R =300，此時發射管的串接電阻R=300，紅外線發射二極管即可取得13mA的驅動電流。4 結論所設計的光電檢測報警器具有低成本,易普

17、及, 高可靠性等突出優點具有廣泛市場發展前景，具有廣泛的市場發展前景。本次設計過程還算比較順利，成品出來后，經過驗證，手指或其他物體放在紅外發射管上方10cm左右處，成功發出報警聲。在做這個光電檢測報警器的幾周里，我遇到了很多問題，在選擇什么方案去做光電轉換部分時，很是猶豫，最終在老師和同學的幫助下，讓我知道了各種光電轉換元件的可能性以及可行性，并最終選擇紅外對管作為光電轉換元件。在做板的過程我也明白了一個道理我們不管做什么事都要認真去做，決不能馬馬虎虎。因為我的板子完成后，去做試驗時蜂鳴器沒有聲音，在仔細排查問題后，發現只是焊接出了問題。在這幾周做這個課設的時間里，讓我重新學習之前學習過的理論知識，更讓我明白理論只有結合實際才能發揮出作用。另外這次課設也讓我進一步的了解了電子元件的基本使用，加深了對數字電路和模擬電路的認知，更深刻了解設計性作品理論和知識結合的重要性。謝 辭在這次課設的完成過程中，我遇到了很多難題，在解決這些難題的過程中，很多同學和老師都給我了很多的幫助和建議。由于我自己的能力不足，正是他們給我的幫助讓我一點點的去理解并掌握各方面的電路知識。他們的幫助加上我自己不斷的上網查找資料和翻閱電路方面的書籍，一步一步地，我還算順利的完成了這次的課設。這次課設讓我收獲了很多，不僅僅是理論知識和動手能力，更讓我懂得要對別人給予的幫助，心懷感恩，所以在