光电课程设计报告

课程设计总结报告

课程名称： 学生姓名： 系 别： 专 业： 指导教师：

《光电技术》课程设计

汤备 物理与电子学院 电子科学与技术

徐代升

2010年 07 月02日

目 录

一、设计任务书 .......................................................... 3

1、课题 ............................................................................. 3 2、目的 ............................................................................. 3 3、设计要求 ......................................................................... 3

二、实验仪器 ........................................................................ 3 三、设计框图及整体概述 .................................................. 4 四、各单元电路的设计方案及原理说明 ...................................... 4

1、用NE555定时器构成多谐振荡器作调制电源 ........................................... 5

（1）NE555电路结构 .............................................................. 5 （2）由NE555定时器组成的多谐振荡器 .............................................. 5 （3）发射端电路 ................................................................... 6

2、用LF353放大器构成接收放大电路 ................................................... 7

（1）光放大器 ..................................................................... 7 （2）光比较放大器 ................................................................. 7

五、调试过程及结果 ...................................................... 8

1、调试的过程及体会 .................................................................. 8 2、调试结果 ......................................................................... 9

六、设计、安装及调试中的体会 ............................................ 9 七、对本次课程设计的意见及建议 .......................................... 9 八、参考文献 ........................................................... 10 九、附录 ............................................................... 10

1、整体电路图 ...................................................................... 10 2、课程设计实物图 .................................................................. 10 3、元器件清单 ...................................................................... 11

一、设计任务书

1、课题

光电报警系统设计与实现。

2、目的

本课程设计的基本目的在于巩固电子技术、光电技术、感测技术以及传感器原理等方面的理论知识，从系统角度出发，培养综合运用理论知识解决实际问题的能力，并养成严谨务实的工作作风。通过个人收集资料，系统设计，电路设计、安装与调试，课程设计报告撰写等环节，初步掌握光电系统设计方法和研发流程，逐步熟悉开展工程实践的程序和方法。

3、设计要求

（1）基本要求

用NE555构成占空比为0.5多谐振荡器作发光二极管的调制电源，并对参数选择进行分析说明；选用LM324构成比较放大器进行报警电路设计；画出所做实验的全部电路图，并注明参数；记录调试完成后示波器输出的各测量点电压波形。

（2）扩展要求（选做）

分析影响作用距离的因素，提出提高作用距离的措施；设想光电报警系统的应用场合，并根据不同应用提出相应电路的设计方案。如需要闪烁报警，电路如何设计？

二、实验仪器

多功能面包板………………………………………………………………1块

TDS1002.60MHz.1Gss双通道数字存储波示器………………………1台 YB1733A3A直流稳压电源…………………………………………………1台 万用表………………………………………………………………………1台

三、设计框图及整体概述

光电报警系统是一种重要的监视系统。目前其种类日益增多。有对飞机、导弹等军事目标入侵进行的报警系统；也有对机场、重要设施或危禁区域防范进行报警的系统。红外报警系统是各种报警器中使用最多的一种，它是利用在红外波段的光电探测器制作的一种光电探测系统。常用的红外报警器，按其工作方式可分为被动式和主动式两种。

被动式红外报警器只有接收部分，当有人和物体进入其监视范围之内时，人或物体发出的红外辐射被相应的红外探测器接收后，经过信号放大和处理，就会发出报警。

主动式红外报警器的原理框图如图1所示。由红外光源发出的红外辐射被红外探测器接收，红外辐射信号变为电信号，经信号放大和处理电路后送报警电路。这种报警器实际上分成发送和接收两部分，分开放置。当没有人和物体进入这两部分之间，红外辐射没有被阻挡时，报警处于一种状态，不报警。一旦有人或物体进入这两部分之间。红外辐射被阻挡，报警器立即翻转到另一种状态，即可报警。

图1 主动式红外报警器原理框图

一般来说，被动报警系统的保密性好，但是设备比较复杂；而主动报警系统可以利用特定的调制编码规律，达到一定的保密效果，设备比较简单。考虑到元器件及其他设备要求，本课程设计采用主动式红外报警器工作方式。

四、各单元电路的设计方案及原理说明

1、用NE555定时器构成多谐振荡器作调制电源

555定时器是一种应用方便的中规模集成电路, 广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。

（1）NE555电路结构

电压比较器C1和C2、简单SR锁存器、NE555定时器的内部电路由分压器、

放电三极管T以及缓冲器G组成，NE555集成电路的内部结构如图2所示，管

脚图如图4所示。 图2 NE555集成电路的内部结构图

8 7 6 5 NE555 1 2 3 4 图3 NE555 集成电路管脚图

（2）由NE555定时器组成的多谐振荡器

NE555集成电路的内部结构可参看图2。用它构成占空比为0.5的多谐振荡器原题图如图4所示。下面对照电路图简述其工作原理及参数选择。

当3脚为高电平（略低于Vc时），输出电压将通过R1对C1充电。A点电压按指数规律上升，时间常数为R1C1。

当A点电压上升到上限阙值电压（约2Vc/3时），定时器输出翻转成低电平（略大于0V）。这时，A点电压将随C1放电而按指数规律下降。当A点下降到下限阙值电压（约Vc/3）时，定时器输出变成高电平，调整R2的阻值得到严格的方波输出。

用NE555组成振荡器来驱动发光管时，要注意发光管上串联一个限流电

阻。使输出电流小于或等于发光管的最大正向电流IF。若振荡器输出电压为Vo，则限流电阻R取值为

RVOVF IF如果限流电阻低于上述公式所得值，或未加限流电阻，则会造成发光管和定时器烧毁。

图4 多谐振荡器

（3）发射端电路

如图4，当R110k，R21C1=0.1F,C2=0.01F,f1/(1.7R1C1)00k，时，输出方波的占空比满足设计要求，即为50%。占空比为50%的方波发射电路如图5所示。

图5 发射端电路图

2、用12LF353放大器构成接收放大电路

（1）光放大器

利用光敏二极管的反向特性，当接收到光信号时，光敏二极管导通良好，产生电压，放大器即可对信号处理；当没有接收到光信号时，光敏二极管截止，放大器的同相端电压几乎为0。利用1/2LF353构成的光放大器，如图6所示。

图6 光放大器电路图

（2）光比较放大器

图7 光比较放大器电路图

电路如图7所示。用1/2LF353构成一个比较放大器。放大器的正端加2V左右偏压，负端加信号电压。当光线未阻断时，从主放大器来的交流信号经二极管检波电路，再经R5C3低通滤波器后得到直流电压，使后面的放大器负载输入端电位大于（或等于）正输入端电位。则放大器输出电压近似为0，LED管截止，不发光。当光线被阻断时，信号消失，光放大器只有正端加正电压，输出为正电压，LED指示管导通发出黄色光以示报警。电阻R8是LED限流电阻。

五、调试过程及结果

1、调试的过程及体会

通过本次设计，使我认识到调试的重要性。总的说来，这次光电设计的电路并不是特别难，并且使用面包板来实现，相对PCB说来，也相对简单得多。但调试过程中，我还是遇到了一些问题，这使我充分认识到自己动手能力的缺乏。布线方面，一开始总是很随意，布局很凌乱，而且没有一边布线，一边测量某些参数，等到全部弄好后，再出现问题时，往往不知如何去查找问题。还有，导线的选取要认真，往往导线出现问题时最难发现的。还有，调试最重要的一点，就是要有耐心，千万莫半途而废，或太过急躁，这样调试的话，往往很难解决问题。

2、调试结果

根据各关键节点的理论计算，逐步判断各关键节点的参数是否符合设计要求。本设计中的关键节点有如下几个：555芯片3脚电压（输出电压）、放大器输出电压、比较器输出电压。

以上各关键节点的电压测试数据分别如图8-图11所示。

图8 NE555芯片3脚输出波形图 图9 放大器输出电压波形图

图10 比较器输出电压1 图11 比较器输出电压2

六、设计、安装及调试中的体会

通过本次光电设计，使我对光电知识的实际应用有了更深刻的理解和体会，这次课程设计，不仅提高了我的动手能力,使我对设计的整个流程有了一定的了解，更使我了解光电知识应用的广泛性和前景。设计的成功，极大的提高了的我的自信心，促进了我对光电的学习兴趣，使我明白了理论联系实际的重要性。

此次设计使得我清楚了一项设计的整体流程：明确设计要求，功能及功能模块的设计，查阅相关资料和确定元器件，电路连接、调试、调整改进与检查，电路成型，总结；设计电路时，我上网查阅了很多资料和论文，这也培养了我搜索知识的能力，开拓了我的视野。电路的设计，还巩固了我模电的知识。电路的连接和调试极大的提高了我的动手实践能力，这也是目前我最缺乏的。调试过程中，使我明白动手的重要性，实践出真知。理工科的学生，就应该具备这样的动手能力。最后，设计报告的制作，又使我熟练掌握了原理图的绘制，Word软件的多功能操作。还培养了我整理知识的能力，使我熟悉了报告制作的基本要求。

总之，这次设计，使我认识到了自己知识的局限性，培养了我的动手能力，并使我体会到了成功的感觉，对我今后的学习起到了极大的促进作用。

七、对本次课程设计的意见及建议

这次课程设计总的说来，已经是相当成功了，绝大多数的同学都很好的完成了该设计，这次设计，促进了同学们的学习和动手的积极性，班级形成了很好的学习气氛。建议的话，有如下两方面：

第一，元器件方面，希望能给我们更大的自由空间，让我们可以自由进行电路的设计和调试，而不必受元器件的制约。

第二，希望以后课程设计的时间能安排的更合理，希望能早些进行，而不必安排在期末，这样同学们的时间能更充裕。

八、参考文献

[1]江月松.光电技术与实验.北京：北京理工大学出版社，2008.

[2]康华光.电子技术基础（数字部分）.北京：高等教育出版社，2006. [3]康华光.电子技术基础（模拟部分）.北京：高等教育出版社，2004.

九、附录

1、整体电路图

附图 1

2、课程设计实物图

附图 2

3、元器件清单

元器件 数量 元器件 数量 电阻 500 1 芯片 NE555 1 1K 2 LF353 1 5.6K 1 二极管 发射管 1 10K 2 接收管 1 100K 2 发光二极管 1 电容 103 1 整流二极管 1 104 2 附表 1