光電報警系統設計一、實驗目的-、練習自擬簡單的光電報警系統設計實驗；2、對影響光電探測性能的各種參數進行探討，以求最大限度地發揮系統的探測能力二、 實驗內容自擬簡單的紅外光電報警系統。三、 實驗儀器-、紅外發射二極管BT40--只2、光敏二極管2CU2B-只3、光電報警系統設計模塊-套4、連接導線60根5、直流穩壓電源-個四、實驗原理光電報警系統是一種重要的監視系統，目前其種類已經日益增多。有對飛機、導彈等軍事目標入侵進行的報警系統，也有對機場、重要設施或危禁區域防范進行報警的系統。一般說來，被動報警系統的保密性好，但是設備比較復雜；而主動報警系統可以利用特定的調制編碼規律，達到一定的保密效果，設備比較簡單。本實驗半自擬一個簡單的主動報警系統，由圖-所示的四個部分組成。發射系統調制電源託外發射管紅外光束警戒線調制電源託外發射管紅外光束警戒線圖1發射系統包括調制電源和紅外發射二極管，發射紅外調制光。在發射系統和接收系統之間有紅外光束警戒線，當警戒線被阻擋時，接收系統發出指示信號，此信號經放大，驅動報警電路發出報警信號。下面對各部分電路各舉一個簡單的例子。1、發射系統：用NE555定時器構成占空比可調的多諧振蕩器作調制電源，BT401作為紅外發射管。NE555內部結構原理如下圖（2）所示：若不用5腳時，當2腳外加電壓小于-V（電源3c電壓）時，比較器2翻轉，導致RS觸發器翻轉，管腳3輸出高電平。同時晶體管Q截止，2使腳7內部開路。當6腳外加電壓高于彳V時，比較器1翻轉，導致RS觸發器翻回，管腳3c3輸出低電平。同時晶體管Q導通，使腳7內部近似接地。若管腳5外加比較電壓，則NE555在外加比較電壓下工作。比較器1或比較器2的翻轉閾電平由管腳5外加比較電壓在電阻R上的分壓決定。圖（3）給出了由NE555構成占空比可調的多諧振蕩器的參考電路。

圖3電容器Cl由電源電壓V通過R2、D充電，A點電壓按指數規律上升，由于二極管D的cc作用，電流不經過R1,因此其充電時間常數為RC。2l當A點電壓低于1/3V時，3腳輸出電壓V為高電平，7腳內部開路，直到當A點電壓CC 0上升到2；VCC時，3腳輸出電壓V為低電平，同時7腳近似接地，電容器C1通過R1至7腳放電，由于二極管D反向電阻很大，放電時間常數為RC。直到當A點電壓下降到1/3Vll CC時，3腳輸出電壓V又為高電平，同時7腳內部又開路，電容器C1又由電源電壓V通過R2、0ccD充電。調整R或心的電阻值可以調整占空比。當R1-R2-R時，輸出為方波信號。其輸出頻率12為：1f=2RC用NE555組成振蕩器來作紅外發光管BT401的驅動時，由于紅外發光管BT401的工作電流約30mA，NE555輸出功率不夠，因此需加一個三極管驅動電路。使輸出電流大于或等于紅外發光管的最小工作電流I。同時發光管必需串聯一個限流電阻R，使輸出電流小于或等于ff發光管的最大工作電流I。設發光管最大工作電流為I,最大工作電流時正向壓降為V,則mmm限流電阻R取值為fV—VR>-cc m參考電路如下紅外炭光菅簡紅外炭光菅簡圖42、接收系統和放大電路電路如圖5所示，用2CU2B光敏二極管作為接收系統，LF353構成放大電路。光敏二極管是一種光伏探測器，當入射光強度發生變化時，通過二極管的電流隨之變化，于是二極管的端電壓也發生變化。從阻抗的角度看，當入射光強度發生變化時，二極管的阻抗發生變化，光強度越大阻抗越小。圖5光敏二極管光強度越大阻抗越小。圖5光敏二極管放大器為兩級，前一個1LF353構成主放大器，將光敏二極管接入同向輸入端，將光敏2二極管所產生的電流變化信號放大。后一個1LF353構成比較放大器，比較放大器的反向輸2入端6腳加來自主放大器的信號電壓。當光線未阻斷時，從主放大器來的交流信號經二極管D］檢波，再經R4、C1低通濾波器后得到直流電壓，比較放大器的同向輸入端5腳加某一固定偏置電壓，其值要小于或接近反向輸入端6腳電位。則放大器7腳輸出電壓近似為零，當紅外光束被阻斷時，主放大器沒有信號輸出。從而比較放大器只有同向輸入端加的正電壓，輸出為高電位，則比較放大器輸出電位的變化指示了光線是否阻斷。當然可以如圖所示，在比較放大器的輸出端接報警電路（如LED和揚聲器），當紅外光束被阻斷時，LED管亮,揚聲器發聲報警。3、抱警保持和消除電路將報警電路直接接比較放大器的輸出端有缺點：當光線又未阻斷時，報警信號立即消失，報警不能維持。最好加一個報警保持和消除電路，即使光線被阻斷很短時間，一但報警，則維持下去，當不需要報警時，人為消除。下面給出用雙D觸發器74HC74實現此功能的參考2PR輸入62PR輸入6電路圖，如圖6所示。R1D1D2LF353R4Ci》U4BR7R5R81U8AIDC1R9V-74HC74R6C；"LEDR3R1D1D2LF353R4Ci》U4BR7R5R81U8AIDC1R9V-74HC74R6C；"LEDR3參考參數值：Rl：1KQR3：120KQR5：5.6KQR7：1KQR9:1KQC2:10uFD2:1N4007圖7R2：1KQR4：68KQR6：2.2KQR8：5.6KQC1:10uFD1:光敏二極管五、實驗用設計模板介紹光電報警試驗系統模塊如圖8所示：圖6根據74HC74的功能表，CLK為低電位時，Q為低電位，只要CLK有個電位上升，則Q為高電位，即使CLK再為低電位，也能保持高電位。將CLK端通過電阻R9接入比較放大器的輸出，將LED和揚聲器接Q端，則可實現當紅外光束被阻斷時報警和維持。當不需要報警時，按一下K1使CLR為低電位，則Q又為低電位且保持，報警消除。接收系統和報警部分電路連圖如圖7所示。V+

光電報警系統設計荒.*#=**址*-一■?光電報警系統設計荒.*#=**址*-一■?圖8光電報警系統設計模板備有+5V,-5V直流穩壓電源，只要從外部插入+5V電源，貝IJ+5V和-5V孔就有電壓，為光電報警系統設計提供電壓，其中NE555、LF353、74HC74所需工作電壓內部已接好。本實驗模塊還配有時鐘集成電路NE555、雙運算放大器LF353、觸發器74HC74和三極管9013，供電路設計時使用，它們的已接器件如圖所示。還備有各類參數的電阻、電容，以及10k、100K的電位器和設計過程中可能用到的元器件放在面板上，供設計者選用。六、 實驗步驟1、 用面板上NE555模塊、100K可調電位器和一個2.2K電阻設計一占空比可調的方波振蕩器，用導線組成電路。用示波器從NE555的3腳觀測輸出波形應為方波,并測量輸出電壓峰一峰值；調節100K電位器使占空比為50%。2、 將該實驗中的三部分電路（圖3、圖4、圖7）連接成一個完成的系統電路。3、 用紅外發射二極管組成發射系統，在發射和接收系統之間有紅光束警戒線。當警戒線被阻斷時，接收系統發出警報信號。要求系統在給定器件的條件下作用距離盡可能遠。4、 恢復警戒線后，按