东 北 石 油 大 学课 程 设 计课 程 光电检测技术课程设计 题 目 庭院报警电路设计 院 系 电子科学学院 专业班级 应物07-2班 学生姓名 学生学号 060901340212 指导教师 2011年 3 月 10 日东北石油大学课程设计任务书课程 光电检测技术题目 庭院报警电路设计专业 应用物理 姓名 学号060901340212主要内容：利用激光电筒光敏三极管及555专用集成电路，设计一庭院防盗报警电路。基本要求：（1）分析光敏三极管的原理与特性。（2）庭院防盗报警电路总体框图。（3）设计光电转换电路、控制电路。（4）对电路进行仿真研究。（5）完成课程设计总结报告。主要参考资料：1 肖景和编著，集成运算放大器应用精粹M.北京:人民邮电出版社,2006.11.2 陈振宫等编著，光电子电路制作实例M.北京:国防工业出版社 2006.4.3 黄继昌等编著，实用报警电路M.北京:人民邮电出版社, 2005.2,200.完成期限 指导教师 专业负责人 2010年3月10日目录第1章 概述11.1 庭院报警器的实用价值11.2 庭院报警器的前景1第2章 庭院报警器报警原理与总体设计22.1 光敏三极管的原理及特性22.2 给出整体框图22.3 主要工作器件3第3章 各部分电路设计43.1 光电转换电路设计43.2 驱动电路设计53.3 放大电路设计83.4 庭院防盗报警电路设计8第4章 安装与调试104.1 测试元器件104.2 搭建电路104.3 调试10第5章 结论11参考文献12第1章 概述1.1 庭院报警器报警的实用价值随着社会的不断进步,电子技术的不断发展,人们生活水平得到了很大的改善,许多高科技产品的使用越来越成为家庭生活的主旋律,因此人们对自己所处环境的安全需求就越来越高,特别是家居安全,不得不时刻留意不速之客的光顾.为此许多小区、家庭都安装了报警系统,这有效的保证了居民的人身财产安全.在本文中,介绍一种利用光敏三极管传感器进行安全检测监控,并进行报警的系统的设计.1.2 庭院报警器的前景目前,在市场上所能见到的防盗报警装置有多种多样,它们的控制原理也不尽相同。这里除了在基本电路上的差异外,主要表现在对不同传感器的使用上。传感器的种类繁多,性能和要求千差万别。其中光敏三极管传感器进行安全检测监控的庭院报警器，具有低成本,易普及, 高可靠性等突出优点,具有广泛的市场发展前景第2章 庭院报警器报警原理与总体设计2.1 光敏三热释极管的原理及特性光敏三极管和普通三极管相似，也有电流放大作用，只是它的集电极电流不只是受基极电路和电流控制，同时也受光辐射的控制。 晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种，从三个区引出相应的电极，分别为基极b发射极e和集电极c。发射区和基区之间的PN结叫发射结，集电区和基区之间的PN结叫集电极。基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP型三极管发射区发射的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里；NPN型三极管发射区发射的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。发射极箭头向外。发射极箭头指向也是PN结在正向电压下的导通方向。 当光源照射到光敏三极管表面上，使光敏三极管产生集电极电流，该电流的大小与光照的强弱，亦即流过二极管的正向电流的大小成正比。2.2 给出整体框图该系统的设计思路如图2.2所示是否有人进入庭院.初始化报警是否 图2.2 系统设计思路图系统由人为启动,初始化时延迟一段时间,然后进入警戒状态,检测在规定范围内是否有人活动,如果发现有人通过则启动警铃报警。2.3 主要工作器件激光电筒唯昕vesine绿色激光电筒材质：硬质铝 外观表面处理：阳极氧化黑开关方式：轻触式开关波长：532nm； 启动时间3秒 工作电压：DC3.7V尺寸：148mm*22mm 光敏三极管3DU31参数名称符号单位测试条件最小值中间值最大值击穿电压V(Br)CEVIce=0.5uA30最高工作电压V(Rm)CEVIce=Id10暗电流IDUaV=V(Rm)CE0.0010.1光电流ILMaE=1000Lx V=10V1.5开关时间TrusRL=50 Vce=10V3Taus2Tfus3Tsus2峰值波长nm8800输出功率PoMw182025NE555集成电路特性 555集成电路开始是作定时器应用的，所以叫做555定时器或555时基电路。但后来经过开发，它除了作定时延时控制外，还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计量检测。此外，还可以组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制等。由于它工作可靠、使用方便、价格低廉，目前被广泛用于各种电子产品中，555集成电路内部有几十个元器件，有分压器、比较器、基本R-S触发器、放电管以及缓冲器等，电路比较复杂，是模拟电路和数字电路的混合体。 第3章 各部分电路设计3.1 光电转换电路设计 如图3.1所示，光电转换采用光敏三极管构成。当光敏三极管受到光照时a、b极相当于短路，当光敏三极管被遮挡是a、b极相当于断路。这就有了高低电平的输出来控制后面的数字电路部分，实际上这部分是实现了把电信号转换为数字信号的功能。a激光电筒R1bVT13DURP2RP1R2图3.1光电转换电路电路图 3.2 驱动电路设计 驱动电路如图3.2.2所示。555时基电路的工作过程如图3.2.1所示：当2脚，即比较器A2的反相输入端加进电位低于VDD的触发信号时，则VT9、VTll导通，给双稳态触发器中的VTl4提供一偏流，使VTl4饱和导通，它的饱和压降Vces箝制VTl5的基极处于低电平，使VTl5截止，VTl7饱和，从而使VTl8截止，VTl9导通，VT20完全饱和导通，VT21截止。因此，输出端3脚输出高电平。此时，不管6端(阈值电压)为何种电平，由于双稳态触发器(VTl4-VTl7)中的47k电阻的正反馈作用(VTl5的基极电流是通过该电阻提供的)，3脚输出高电平状态一直保持到6脚出现高于VDD的电平为止。当触发信号消失后，即比较器A2反相输入端2脚的电位高于VDD，则VT9、VTll截止，VTl4因无偏流而截止，此时若6脚无触发输入，则VTl7的Vces饱和压降通过4.7k电阻维持VTl3截止，使VTl7饱和稳态不变，故输出端3脚仍维持高电平。同时，VTl8的截止使VT6也截止。当触发信号加到6脚时，且电位高于VDD时，则VTl、VT2、VT3皆导通。此时，若2脚无外加触发信号使VT9、VTl4截止，则VT3的集电极电流供给VTl5偏流，使该级饱和导通，导致VTl7截止，进而VTl8导通，VTl9、VT2。都截止，VT21饱和导通，故3脚输出低电平。当6脚的触发信号消失后，即该脚电位降至低于VDD时，则VTl、VT2、VT3皆截止，使VTl5得不到偏流。此时，若2脚仍无触发信号，则VTl5通过4.7k电阻得到偏流，使VTl5维持饱和导通，VTl7截止的稳态，使3脚输出端维持在低电平状态。同时，VTl8的导通，使放电级VT6饱和导通。通过上面两种状态的分析，可以发现：只要2脚的电位低于VDD，即有触发信号加入时，必使输出端3脚为高电平；而当6脚的电位高于VDD时，即有触发信号加进时，且同时2脚的电位高于VDD时，才能使输出端3脚有低电平输出。4脚为复位端。当在该脚加有触发信号，即其电位低于导通的饱和压降0.3V时，VT8导通，其发射极电位低于lV，因有D3接入，VTl7为截止状态，VTl8、VT21饱和导通，输出端3脚为低电平。此时，不管2脚、6脚为何电位，均不能改变这种状态。因VT8的发射极通过D3及VTl7的发射极到地，故VT8的发射极电位任何情况下不会比1.4V电压高。因此，当复位端4脚电位高于1.4V时，VT8处于反偏状态而不起作用，也就是说，此时输出端3脚的电平只取决于2脚、6脚的电位。 根据上面的分析，CA555时基电路的内部等效电路可简化为如图所示的等效功能电路。显然，555电路(或者专556电路)内含两个比较器A1和A2、一个触发器、一个驱动器和一个放电晶体管。两个比较器分别被电阻R1、R2和R3构成的分压器设定的VDD和VDD。参考电压所限定。为进一步理解其电路功能，并灵活应用555集成块，下面简要说明其作用机理。从图15可见，三个5k电阻组成的分压器，使内部的两个比较器构成一个电平触发器，上触发电平为VDD，下触发电平为VDD。在5脚控制端外接一个参考电源Vc，可以改变上、下触发电平值。比较器Al的输出同或非门l的输入端相接，比较器A2的输出端接到或非门2的输入端。由于由两个或非门组成的RS触发器必须用负极极性信号触发，因此，加到比较器Al同相端6脚的触发信号，只有当电位高于反相端5脚的电位时，RS触发器才翻转；而加到比较器A2反相端2脚的触发信号，只有当电位低于A2同相端的电位VDD时，RS触发器才翻转。84R6+-5RR+S3+72-R1 图3.2.1 CA555时基电路等效电路图8463IC1 555R3251图3.2.2驱动电路图3.3 放大电路设计 “放大”的本质是实现能量的控制，即能量的转换：用能量比较小的输入信号来控