1、精選優質文檔-傾情為你奉上光電報警系統設計姓 名： 張仕京 學 號： 班 級： 12級碩士儀器一班 學 院： 光電學院 指導教師： 張化朋老師 一、實驗目的使用近紅外發射管和探測器對管，以及通用運算放大器，搭建主動式的紅外警戒報警系統，在實驗設計和調試過程中：1、加強光電器件的光譜特性、時間特性、調制特性、運算放大器特性等各方面技術綜合應用的訓練；2、對影響警戒距離的各種參數進行仔細推敲和探討，在給定的探測器和放大器的條件下盡量提高警戒距離。二、技術指標要求1、無透鏡聚焦的條件下，用mW級小功率砷化鎵發光二極管做為輻射光源，使用硅光電二極管做為光接收器，在二者間產生紅外警戒線，用通用運算放大器

2、構建放大系統。2、當警戒線被阻斷時，用可見光LED給出報警信號。要求系統的作用距離>10米。3、可使用器件：紅外發射/接收對管、集成電路NE555和通用運放LF353、普通阻容元件。4、調制頻率個人設計選取。三、總體方案設計分析如圖所示，系統可分為4大部分：由調制器和發光管組成的發射系統，由光電二極管組成的接收系統，以及放大電路和檢波報警電路。用砷化鎵發光管組成發射系統，在發射和接收系統之間有紅外光束警戒線。調制電源提供GaAs發光管確定規律變化的調制電壓，使發光管發出紅外調制光，在一定距離以外用光電二極管接收調制光。接收到的信號經過轉換后放大、檢波，最后得到的信號將用于控制報警器中的L

3、ED亮滅。四、電路分析1、發射系統用E555定時器構成多諧振蕩器作調制電源，在這里選用常用的振蕩器的連接方法，定時器電阻R1和R2連接點接到555的7腳，C1和C2是定時電容。其連接方法如下圖所示。2、接收系統如上圖所示，光電二極管工作于反偏模式下，在接收到的信號中，我們接入一個電容C3，主要就是起到隔直流通交流的作用，以濾除信號中的直流成分，隨后又通過運算放大器構成的電壓跟隨器輸出接收到微弱信號。3、放大電路放大電路用集成運放LF353構成，它的主要作用是對紅外探測器輸出的微弱信號進行放大。實驗設計中使用一般的反相放大電路，電路如上圖所示。4、檢波報警電路信號經過放大濾波處理后，經過二極管D

4、1檢波，在經過R9、C4后濾波得到直流電壓信號，我們在放大器的同相端接入固定電壓偏置。這樣就將得到的信號電壓也偏置電壓進行比較輸出，當信號端電壓大于參考電壓時沒有輸出，當警戒光線被阻擋時，只有同相端電壓輸入，此時輸出高電平，LED發光。五、可行性分析及參數計算1、光電二極管電流使用北京光電器件廠生產的HG412A砷化鎵發光二極管，主要參數如下： 正向最大工作電流IF30mA 發射光功率1.52mW 正向壓降1.5V（IF30mA） 反向耐壓5V 截止頻率1MHz 發光峰值波長940nm發光角分布：由上圖可知，發光二級管的發光角可近似為20°，使用北京光電器件廠生產的2CU2D型硅光電

5、二極管，主要參數如下： 極限工作電壓Vmax=30V 電流響應度0.5A /W（V=Vmax） 暗電流IP0.1A 響應時間10-7 S（RL=100） 結電容5pF設發光二級管的發射功率為，則光電二極管在10米處接收到的光功率可近似為：電流為：2、發射系統參數設T1為充電時間。T2為放電時間，則輸出脈沖周期T為。頻率為。輸出矩形的占空比為。選擇調制頻率為5kHz，并使用103電容，則故可取, .占空比為按實驗要求，發光管限流電阻為3、接收系統參數取，則光電二極管輸出電壓為：由于檢波需要3-5V電壓，故需要將信號放大18750-31250倍，在此取放大倍數為30K，即。則需采用兩級放大，可取第

6、一級為100倍，第二級為300倍。4、檢波報警系統參數在濾波電路中，時間常數越大，輸出電壓的脈動越小，直流分量越大。工程實踐中，一般取電路中我們選取電容為103，=30k，此時符合要求。六、電路總圖七、思考題1、光源的調制頻率和占空比如何選取對提高作用距離有利？占空比越大，一個周期內發射時間越長，能量越強，所能出射的距離越遠。調制頻率不能過低，如果太低，當快速物體經過時，可能不能被檢測到；同樣調制頻率不能過高，如果超過紅外發射器的截止頻率會造成不能工作。2、光源為什么一定要調制，可以使用直流的紅外警戒線嗎？調制光源主要為了將紅外光源發射的光與環境的干擾光，還有系統中存在的一些噪聲在信號的接收處理階段分開，提高系統的精度。如果采用直流供