1、第 1 页 共 16 页摘 要本文设计了一种光电式报警器，该报警器通过使用红外线发射二极管和红外线接收二极管等感光器件组成的光电转换电路，可以探测出光线是否被遮挡的信息，并通过把光信号转换成电信号来把这种信息传递至声光报警电路，以实现报警器报警的功能。其中传感器是指能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件和转换元件组成。光电式传感器是将光通量转化为电量的一种传感器，光电报警器是光电二极管和报警器的灵活结合，它可以运用到各种生产线上，如博物馆里的防盗系统，并提示物品被盗地点，安全性能高，节约了人力资源，并且不易出错；还能运用到其它人力不能监测的环境。显而易见，
2、光电报警器的运用能延伸到社会的各个行业。关键字： 光电转换 ；声光报警电路 ；光电报警器； 第 II 页 共 II 页ABSTRACTThis paper designed a photoelectric alarms, the alarm by using infrared emitting diode and infrared receiving diode composed of photosensitive components such as photoelectric conversion circuit, can detect the light is obscured info
3、rmation, and through the converts light signals into electrical signals to pass this information to the sound and light alarm circuit, in order to realize the function of the alarm. One sensor can sense refers to the rules be measured and to convert the available output signal according to certain r
4、ule of device or devices. Usually consists of sensitive components and conversion components. Photoelectric sensor is power flux can be converted to a sensor, photoelectric detector is a flexible combination of photoelectric diode and alarm, it can be applied to all kinds of production line, such as
5、 the museum of anti-theft system, and presented items stolen, safety performance is high, save human resources, and less error-prone; Can also apply to other human cant monitor the environment. It is obvious that the use of photoelectric detector can extend to society of each industryKeywords ：Photo
6、electric conversion ；Sound and light alarm circuit ；Photoelectric detector ；第 1 页 共 13 页第 1 章 绪论1.1 设计目的及意义近年来，随着改革开放的深入发展，电子电器的飞速发展.人民的生活水平有了很大提高。各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有。然而一些不法分子也是越来越多。这点就是看到了大部分人防盗意识还不够强.造成偷盗现象屡见不鲜。因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧报警器这时正为人们解决了不少问题.但是市场上的报警器大部分都是用于一些大公司财政机构。价格高昂,一般人们难以接受。如果再设计
7、和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。由于声控报警器体积小，灵敏度高具有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。声控报警器大多数采用国外的先进技术,其功能也非常先进。其中包括脚步触发报警器，汽车报警器，声控语音报时钟，“声控灯”等符合现在人们提倡的节能意识的产品更是受到现代人的青睐。此外，其价格低廉、技术性能稳定等特点也受到广大用户和专业人士的欢迎。1.2 发展前景及现状随着社会上各行各业的蓬勃发展，报警器已经在人们的日常生活中得到了广泛的应用，如汽车、摩托车报警器，仓库大门，以及各行业安全系统中，几乎无一例外地使
8、用了报警器电路。随着社会科学技术的迅速发展，人们对报警器的性能提出了越来越高的要求。然而传统的触摸式、开关式报警器等，虽然具有性能稳定、实用性强等特点，但是也具有应用范围窄等缺点，而且安全性能也不是很好。光电报警就很好的改善了这点。如今，光电报警器已经广泛应用到工农业生产、自动化仪表、医疗电子设备等领域。本实验的设计借助于模拟电路和数字逻辑电路，采用模块化的设计思想，使设计变得简单、方便、灵活性强。电路简单容易实现，工作稳定，因此可以得到广泛的应用。本文设计的光电报警器是光电二极管和报警器的灵活结合，它可以运用到各种生产线上，如博物馆里的防盗系统，并提示物品被盗地点，安全性能高，节约了人力资源
9、，并且不易出错；还能运用到其它人力不能监测的环境。显而易见，光电报警器的运用能延伸到社会的各个行业。第 2 页 共 13 页第 2 章 光电报警器的基本原理2.1 光电报警器基本原理光电报警器的主要部分是光电传感器。传感器是指能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件和转换元件组成。传感器的原理有各种各样，其中光电式传感器，是将光通量转化为电量的一种传感器，光电式传感器的基础是光电转换元件的光电效应。由于光电测量方法灵活多样，可测参数众多，一般情况下具有非接触、高精度、高变率、高可靠性和反应快等特点，加之激光光源、光栅、光学码盘、CCD 器件、光导纤维等的相继
10、出现和成功应用，使得光电传感器的内容及其丰富，在检测和控制领域中得到广泛的应用。2.2 光敏二极管原理光敏二极管的结构与一般二极管相似。它装在透明玻璃外壳中,其 PN 结装在管的顶部,可以直接受到光照射。光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态,在没有光照射时,反向电阻很大,反向电流很小,这反向电流称为暗电流。当光照射在 PN 结上时,光子打在 PN 结附近,使 PN 结附近产生光生电子和光生空穴对。它们在 PN 结处的内电场作用下作定向运动,形成光电流。光的照度越大,光电流越大。因此光敏二极管在不受光照射时,处于截止状态,受光照射时,处于导通状态。2.3 光电转换原理根据 PN 结反向特性可
11、知，在一定反向电压范围内，反向电流很小且处于饱和状态。此时，如果无光照射 PN 结，则因本征激发产生的电子-空穴对数量有限，反向饱和电流保持不变，在光敏二极管中称为暗电流。当有光照射 PN 结时，结内将产生附加的大量电子空穴对（称之为光生载流子），使流过 PN 结的电流随着光照强度的增加而剧增，此时的反向电流称为光电流。不同波长的光（兰光、红光、红外光）在光敏二极管的不同区域被吸收形成光电流。被表面 P 型扩散层所吸收的主要是波长较短的兰光，在这一区域，因光照产生的光生载流子（电子），一旦漂移到耗尽层界面，就会在结电第 3 页 共 13 页场作用下，被拉向 N 区，形成部分光电流；彼长较长的红
12、光，将透过 P 型层在耗尽层激发出电子一空穴对，这些新生的电子和空穴载流子也会在结电场作用下，分别到达N 区和 P 区，形成光电流。波长更长的红外光，将透过 P 型层和耗尽层，直接被 N 区吸收。在 N 区内因光照产生的光生载流子（空穴）一旦漂移到耗尽区界面，就会在结电场作用下被拉向 P 区，形成光电流。因此，光照射时，流过 PN 结的光电流应是三部分光电流之和。2.4 光敏二极管伏安特性曲线图 2.1 光敏二极管的伏安特性曲线第 4 页 共 13 页第 3 章 系统组成及工作原理3.1 整体框图设计图 3-1 系统原理图3.2 方案论证方案一：用光敏电阻组成光敏探测器。光敏电阻的阻值可以跟随
13、周围环境光线的变化而变化。当光敏电阻受到光照射或在被遮挡的环境下，阻值发生明显变化。将阻值变化通过比较器就可以输出高低电平了。但是这种方案受光照影响很大，不能够稳定工作。因此我考虑其他更加稳定的方案。方案二：用红外发射管和接收管自己制作光电对管传感器。红外发射管发出红外线，当发出的红外线在光亮的环境时，若红外接收管能够接收到反射回来的光线则检测出在有光的环境，继而输出低电平，若接收不到发射管发出的光线则检测出在黑暗的环境，继而输出高电平。这样自己自作的光电报警器能够满足要求。并且工作稳定，且影响小，价格实惠。 稳压电源报 警 器 控 制光 电 转 换译 码 输 出报 警 器 第 5 页 共 1
14、3 页基于以上分析拟定方案二，由红外对管做为系统传感器的部分，采集哪路光路被遮挡与否防盗报警器各部分电路设计3.2.1 光电信号转换电路设计光检测电路主要由光敏电阻组成，即利用光敏电阻在亮暗的环境中的阻值差异使路导通或截止。光电转换采用光耦，光耦内由发光二极管和光敏三极管构成：采用 5V 直流供电，为防止光耦烧坏，应该在二极管串联一个 510 电阻。同时挡光的用具可以使用不透明的纸张，光耦中的小功率的发光二极管正常工作电流在 10 mA 30mA 范围内，根据欧姆定律，由 I=U/R，U=5 V，10mAI30 mA，故与红外发光二极管串联的电阻值为510 欧，光敏三管级管要串联一个 24 千
15、欧的电阻以防止被击穿。当接通电源的时候，发光管发光，光敏三极管的基极电流增加，发射结的电压增大，当超过三极管的导通电压（一般为硅管为 0.7V，锗管为 0.3V 左右）时，三极管就会导通，当基极电流继续增加时，三极管会饱和导通，此时三极管相当于工作在开关的闭合状态，B 点相当于直接接地，所以 B 点输出为低电平“0”。当一旦有东西遮在发光管和光敏三极管中间时，三极管的发射结电压降低，达不到它的导通电压，三极管截止，此时相当于工作在开关的断开状态，B 点电势接近电源电压即为高电平“1”。图 3-1 光检测电路设计图第 6 页 共 13 页3.3 报警器模块方案一：采用扬声器作为系统报警，电路要增
16、加元器件，并且扬声器占用空间大，重。价格相对其它报警设备价格略贵，超出了我的预算。所以放弃此方案。 方案二：采用无缘蜂鸣器，价格便宜，体积小，携带方便，报警声音清晰，但是要增加驱动电路方可正常工作。 方案三：采用有源蜂鸣器，价格价格便宜，体积小，携带方便，报警声音清晰，直接与输出信号引脚相连就可以工作了。电路简单。 基于以上分析拟定方案三，作为系统的报警3.3.1 报警电路设计报警电路接收控制电路信号，将扬声器正确连接就可以达到要求。图 3-3 报警电路设计图3.4 稳压模块由于本系统需要电池供电，我考虑了如下几种方案为系统供电。 方案一：采用 4 节 1.5V 干电池供电，电压达到 6V，给
17、系统供电，但是干电池电量有限，随着工作时间，电压会慢慢降低。使用干电池给系统供电给系统调试带来很大的不便，因此，我放弃了这种方案。方案二;采用集成稳压芯片 LM7805CV，稳压输出+5V 电压给系统供电。7805 输出1A 的电流，足以提供系统工作所需要的电流。而且只要带上变压器，稳压芯片就可以第 7 页 共 13 页稳定输出+5V 电压了。基于以上分析拟定方案二，作为系统工作时的电源。3.4 .1 控制部分电路设计此部分的电路主要器件是成电路 KD9561 的控制端来控制是否输出，用 KD9561 的输出端来产生脉冲信号。KD9561 用途多用于四声模拟电路。其基本参数为：三极管一半选择
18、8505 或者9013.。带 O 字母的引脚有 3 个，其中两个是晶振频率外接振荡电阻的 6、7 引脚（OSC），还有一个是 OUT 引脚（3 脚），就是三极管极电管信号放大输出脚。图 3-2 KD9561 结构原理图第 8 页 共 13 页3.5 整体电路图图 3-4 防盗报警器整体电路图3.5.1 整体电路工作原理图 3-4 为该报警器电路图。光敏二极管 VD、晶体三极管 VT1 和电阻 R1 组成光控开关；集成电路 IC、晶体三极管 VT2 和扬声器 Y 组成了报警电路。平时开关 SA 受抽屉的推力作用而断开，整个报警电路不工作，在白天打开抽屉时，尽管开关 SA 被接通，但因光敏二极管 RG 受光照，它的阻值变小，晶体三极管 VT1 处于截止状态，报警电路不工作，扬声器不发音，当夜晚打开抽屉时，光敏二极管 RG 没有较强光线照射，阻值变大，晶体三极管 VT1 获得合适偏流而导通，集成块 IC 得到工作电压，报警电路即工作。其输出模拟警车电笛的音频信号，并经晶体三极管 VT2 放大后，推动扬声器 Y 发出响亮的警笛声来。
