光电报警系统设计实验

设计性实验

一、实验目的

1、练习自拟简单的光电报警系统设计实验；

2、对影响光电探测性能的各种参数进行探讨，以求较大限度地发挥系统的探测能力。

二、实验内容

自拟简单的红外光电报警系统。

三、预备知识

光电报警系统设计模块备有+5V，-5V直流稳压电源，为光电报警系统设计提供电压。本实验模块还配有各类参数的电阻、电容，以及100K的电位器和设计过程中可能用到的元器件放在面板上，供设计者选用，可供学生配合其它元件自己动手搭建实验之用，提高学生动手动脑能力。

光电报警系统设计模块操作示意图如图1所示：

光电报警系统设计实验

图1 光电报警系统设计模块操作示意图

四、实验仪器

1、红外发射二极管 BT401 1只

2、光敏二极管 2CU2B 1只

3、光电报警系统设计模块 1套

4、连接导线 60 根

5、直流稳压电源 1个

五、实验原理

光电报警系统是一种重要的监视系统，目前其种类已经日益增多。有对飞机、导弹等军事目标入侵进行的报警系统，也有对机场、重要设施或危禁区域防范进行报警的系统。一般说来，被动报警系统的保密性好，但是设备比较复杂；而主动报警系统可以利用特定的调制编码规律，达到一定的保密效果，设备比较简单。

本系统可由图2所示的五个部分组成。调制电源提供红外发射二极管确定规律变化的调制电流，使发光管发出红外调制光，在一定距离以外用光电二极管接收调制光。转换后的信号经放大，检波后控制报警器，全部实验电路自拟。下面对调制电源和检波、报警电路各举一个简单的例子，也可选用于系统中。

1、用NE555定时器构成多谐振荡器作调制电源。

NE555集成电路用它构成占空比为50%的多谐振荡器原理图如图3所示。下面对照电路图简述其工作原理及参数选择。

图3 多谐振荡器原理图

在前半周期，V1通过R2、D对C1充电，由于二极管D的作用，电流不经过R1，因此其充电时间T1为：

而在后半周期，电容放电时，二极管反向电阻无穷大，555内部的三极导通，电流通过R1至7脚直接放电，此时其放电时间T2为：

当A点电压上升到上限阈值电压（约）时，定时器输出翻转成低电平。这时，A点电压将随放电而按指数规律下降。当A点下降到下限阈值电压（约）时，定时器输出又变成高电平，调整、的电阻值得到严格的方波输出。当R1=R2时，输出为方波信号。其输出频率为：

参考值：=0.1µF，

。

用NE555组成振荡器来作红外发光管BT401时，由于红外发光管BT401的工作电流在30mA以上，因此一定加一个三极管驱动电路。使输出电流大于或等于红外发光管的最小工作电流。其驱动电路的参考电路图如下图4：

图4 驱动电路

2、信号放大及报警用参考电路原理

电路如图所示，先用构成一个放大电路，将光敏二极管所接收的电流信号放大。再用构成一个比较器，放大器的正端加2V左右偏压，负端加信号电压。当光线未阻断时，从放大器来的交流信号经二极管检波电路，再经低通滤波器后得到直流电压，使后面的放大器负输入端电位大于或等于正输入端电位。则放大器输出电压近似为零，LED管截止，当光线被阻断时，信号消失。放大器只有正端加正电压，输出为正电压，LED指示管导通发出红色光（或发声）以示报警。电阻是LED限流电阻。