光电子技术课程设计-2014VIP免费

《光电子技术》课程设计指导书湖北汽车工业学院理学部光信息教研室2009年5月设计一、红外报警器一、概述红外报警器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，它可以代替人看守或监视一定范围的场所，当有人或异物进入时，可发出声、光或以其它方式进行报警，告诉它的主人出现了意外情况，以便采取应急措施。常用的红外报警器，按其工作方式可分为主动式和被动式两种。图1-1主动式红外报警器的原理框图图1-1是主动式红外报警器的原理框图。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。当没有人和物进入这两部分之间时，红外辐射没有被阻断，报警器处于一种状态，不报警；当有人或物进入这两部分之间时，红外辐射被阻挡，报警器立即翻转到另一种状态，即可发出报警信号。图1-2被动式红外报警器的原理框图被动式红外报警器的原理框图如图1-2所示，这种报警器实际上只有接收部分，当有人和物进入其监视范围内时，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。因此，在设计和选用红外报警器时，必须根据不同的应用场合，作出合理的选择。这种选择是多种因素综合考虑的结果，答案不是唯一的。二、设计任务设计一个主动式红外报警器，要求：1、发射部分与接收部分之间距离为1米，当有人或物进入两者之间时，红外报警器发出报警信号（LED闪烁）；2、使用交流市电，但在停电时，报警器应能正常工作，即应有备用电源；3、设计方案经济、实用、可靠。三、设计步骤1、查阅资料，进行调查。2、复习有关课程内容，如光电子技术、电子技术基础等。3、选择红外发光元件及接收元件。4、设计发射部分电路。5、设计接收部分电路。6、在面包板上进行安装调试，应根据电路原理图画出元件布线图，再按图施工。7、测试关键节点的电压波形，并作记录。四、设计示例框图要设计一个主动红外报警器，必须选择合适的红外发射二极管和光电二极管（或光电三极管），主要是使它们的发光波段与接收波段能够相互对应。首先查阅光电器件手册，经多种因素考虑选择红外发射二极管SE301A，其发光波段在940nm附近，相应的接收器件选择PH302，其光谱响应曲线的峰值也在940nm附近，这样，发射与接收的光波是相对应的。发射部分电路可由NE555定时器或其它元件组成多谐振荡器构成，调节NE555输出端限流电阻的大小可限制通过SE301A的电流，从而决定发射强度，也就决定了接收距离。报警器的接收部分由通用运放构成，这里选择的是宽带运算放大电路LF353。接收电路的组成框图如下，当然，接收的方案不是唯一的。图1-3红外报警器接收部分原理框图为了将光电接收二极管接收到的信号分离出来，可采用RC交流耦合电路，这样交流信号可输入到信号处理电路中同时又可将接收管的直流偏压隔离。为了使阻容耦合电路的输出特性不因负载变化而变化，通常以一运放构成的射随器将RC电路与信号处理电路隔离。射随器提高了信号源带负载的能力，其输出被送入下一级的运放中作滤波放大处理。由运放构成的滤波电路种类繁多，低通、高通、带通滤波器等各有各的特点，在设计滤波器时应根据实际情况合理选择。放大后的信号送入下一级，作出报警与否的相关处理。在没有警情的正常状态中，接收电路收到发射信号，滤波放大部分有输出，此时报警信号输出处理电路不应输出报警信号；而在有警情的情况下，接收电路没有收到发射信号，滤波放大部分没有输出，此时报警信号输出处理电路应输出报警信号。报警信号输出电路用运放构成。报警信号用LED的亮灭来表示，亮则表示有警情，灭则表示正常。LED由报警信号输出电路驱动，因此正常情况下报警信号输出电路应输出低电平，有警情时应输出高电平（要求LED闪烁则应输出脉冲）。对于集成运放而言，当同相输入端的电压大于反相输入端时输出为正电平，反之则为负电平。因此如何控制驱动运放同相端与反相端的电平是整个设计的关键所在。LF353是一双集成运放电路，因此接收部分用两块LF353就可完成所需的功能。在不影响电气性能的前提下，尽量减少元器件...