光电关键技术创新实训平台试验参考指导书.doc
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1、目 录实验仪阐明2实验一、光控开关设计实验3实验二、光照度计设计实验5实验三、光电报警设计实验8实验四、红外遥控设计实验13实验五、PSD位移测试设计实验21实验六、热释电报警器设计实验24实验七、光电转速计设计实验27实验八、光电测距设计实验30实验九、太阳能充电器设计实验33实验十、颜色辨认系统设计实验38实验十一、光电开关里程表设计实验44实验仪阐明一、产品简介:光电技术是光学、电子学和计算机科学知识高度集中,是跨学科边沿技术。光电技术广泛应用于工农业和家庭生活等各领域。在这些领域中,几乎都涉及将光辐射信息转换为电信息问题,即光辐射检测问题。因而光电检测技术是光电技术核心和重要构成某些。
2、光电检测具备非接触、实时和高精度等特点,其技术得到迅速发展。光电探测器可将一定光辐射转换为电信号,然后通过信号解决,去实现某种目。它是光电系统核心构成某些,其性能直接影响着光电系统性能。GCGDCX-B型光电技术创新实训平台针对光电器件应用设计而开发,提供各种(可选)光电器件应用模块、设计模块、以及设计中所需要电子元器件,并配备有各种电源接口。学生依照所提供实验模块进行设计,或依照所提供实验模块进行二次开发,提高学生动手动脑能力及创新意识。二、系统构成:整个系统分4某些:1、 主机箱:主机箱重要为各设计模块提供电源供应以及模块固定。一种主机箱可以安放六个设计模块。2、 实验模块:通过各实验模块
3、完毕各应用实验。3、 设计性实验物料:二次开发实验用。4、 导轨构造件组件:固定各种光电器件用。实验一、光控开关设计实验一、实验目1、理解和掌握光敏电阻光控开关应用原理2、理解和掌握光控开关电路原理二、实验内容1、光敏电阻光控开关实验2、设计性实验三、实验仪器1、光电创新实验仪主机箱2、光控开关实验模块3、连接线4、万用表四、实验原理1、光敏电阻构造与工作原理 光敏电阻又称光导管,它几乎都是用半导体材料制成光电器件。光敏电阻没有极性, 纯粹是一种电阻器件,使用时既可加直流电压,也可以加交流电压。无光照时,光敏电阻值(暗电阻)很大,电路中电流(暗电流)很小。当光敏电阻受到一定波长范畴光照时,它阻
4、值(亮电阻)急剧减小,电路中电流迅速增大。 普通但愿暗电阻越大越好,亮电阻越小越好, 此时光敏电阻敏捷度高。实际光敏电阻暗电阻值普通在兆欧量级, 亮电阻值在几千欧如下。 光敏电阻构造很简朴,下图(a)为金属封装硫化镉光敏电阻构造图。在玻璃底板上均匀地涂上一层薄薄半导体物质,称为光导层。半导体两端装有金属电极,金属电极与引出线端相连接,光敏电阻就通过引出线端接入电路。为了防止周边介质影响,在半 (a)光敏电阻构造; (b) 光敏电阻电极; (c) 光敏电阻接线图导体光敏层上覆盖了一层漆膜,漆膜成分应使它在光敏层最敏感波长范畴内透射率最大。为了提高敏捷度,光敏电阻电极普通采用梳状图案, 如图(b)
5、所示。 图(c)为光敏电阻接线图。 2、本实验通过变化照射到光敏电阻上光强大小来控制继电器开关状态,从而控制发光二极管批示灯亮和灭。五、注意事项1、不得扳动面板上面元器件,以免导致电路损坏,导致实验仪不能正常工作。2、金色测试钩阐明:Vlm为比较器输入电压测试点、Vyz为阈值电压测试点。六、实验环节1、光敏电阻输出端金色插座相应接到“IN”端金色插座,“OUT”端相应接到继电器正负端。2、打开电源开关,用万用表测量Vlm端电压,用手遮挡光敏电阻,分别记下明、暗时Vlm电压。3、调节阈值电压使Vyz值在明暗电压值之间。4、用手遮挡光敏电阻,观测批示灯批示状况。七、设计性实验 光控开关原理图如下,
6、IN1 和CON1为光敏电阻输入端。U8为运算放大器,型号为OP07,此运算放大器构成比较器电路。当3脚电压高于2脚电压时输出高电平,三极管Q4截止继电器不吸合,发光二极管不发光。反之2脚输出低电平,三极管Q4导通,继电器得电导通,发光二极管发光。八、思考题 分析光敏电阻应用场合。 实验二、光照度计设计实验一、实验目1、理解和掌握光电池在光照度计上应用原理2、理解和掌握光照度计构造原理3、理解和掌握光照度计电路设计原理二、实验内容1、光照度计测量光照度实验2、光照度计设计实性验三、实验仪器1、光电创新实验仪主机箱2、光照度计&光功率计设计模块3、照度计探头4、连接线4、万用表四、实验原理光照度
7、是光度计量重要参数之一,而光度计量是光学计量最基本某些。光度量是限于人眼可以见到一某些辐射量,是通过人眼视觉效果去衡量,人眼视觉效果对各种波长是不同,通惯用V()表达,定义为人眼视觉函数或光谱光视效率。因而,光照度不是一种纯粹物理量,而是一种与人眼视觉关于生理、心理物理量。光照度是单位面积上接受光通量,因而可以导出:由一种发光强度I点光源,在相距L处平面上产生光照度与这个光源发光强度成正比,与距离平方成反比,即: 式中:E光照度,单位为Lx; I光源发光强度,单位为cd; L距离,单位为m。光照度计是用来测量照度仪器,它构造原理如下图所示:图 3-1图中D为光探测器,图3-2为典型硅光探测器相
8、对光谱响应曲线;C为余弦校正器,在光照度测量中,被测面上光不也许都来自垂直方向,因而照度计必要进行余弦修正,使光探测器不同角度上光度响应满足余弦关系。余弦校正器使用是一种漫透射材料,当入射光无论以什么角度射在漫透射材料上时,光探测器接受到始终是漫射光。余弦校正器透光性要好;F为V()校正器,在光照度测量中,除了但愿光探测器有较高敏捷度、较低噪声、较宽线性范畴和较快响应时间等外,还规定相对光谱响应符合视觉函数V(),而普通光探测器光谱响应度与之相差甚远,因而需要进行V()匹配。匹配基本上都是通过给光探测器加恰当滤光片(V()滤光片)来实现,满足条件滤光片往往需要不同型号和厚度几片颜色玻璃组合来实
9、现匹配。当D接受到通过C和F光辐射时,所产生光电信号,一方面通过I/V变换,然后通过运算放大器A放大,最后在显示屏上显示出相应信号定标后就是照度值。图3-2 硅光电探测器光谱特性曲线图3-3 光谱视觉曲线照度测量误差因素1)照度计相对光谱响应度与V()偏离引起误差。2)接受器线性:也就是说接受器响应度在整个指定输出范畴内为常数。3)疲劳特性:疲劳是照度计在恒定工作条件下,由投射照度引起响应度可逆暂时变化。4)照度计方向性响应。5)由于量程变化产生误差:这个误差是照度计开关从一种量程变到邻近量程所产生系统误差。6)温度依赖性:温度依赖性是用环境温度对照度头绝对响应度和相对光谱响应度影响来表征。7
10、)偏振依赖性:照度计输出信号还依赖于光源偏振状态。8)照度头接受面受非均匀照明影响。五、注意事项1、不得扳动面板上面元器件,以免导致电路损坏,导致实验仪不能正常工作。2、阐明:输入“+” “-”为探头输入端、输出“+” “-”为照度计输出电压测试点。 X1、X10、X100开关为放大倍数切换开关。六、实验环节1、照度计探头红黑插座相应接到实验模块上输入端“+” “-”。2、万用表红黑表笔相应接到实验模块上输出端“+” “-”。3、放大倍数切换开关拨至X1挡,向上拨。4、打开电源开关,观测万用表批示数值。5、变化不同光照度和放大倍数,观测万用表批示数值变化。6、关闭电源。七、设计性实验光照度计电
11、路原理图如下:U1对光电池输出电流进行I/V变换,将光电流转换为电压,K1为档位切换开关。U2对输出电压进行放大,调节RP1阻值大小可以给便放大倍数,5脚相应电位器为调零电位器。八、思考题分析放大电路芯片选用条件。实验三、光电报警设计实验一、实验目1、理解红外砷化镓发光二极管与光电二极管详细应用。2、练习自拟简朴光电系统实验。3、理解积极式光电报警系统设计原理。4、理解锁相环原理及应用。5、对影响光电探测性能各种参数进行探讨,以求最大限度地发挥系统探测能力。二、实验内容1、锁相环原理及应用测试实验2、运用锁相环设计光电报警系统实验3、设计性实验三、实验仪器1、光电创新实验仪主机箱2、光电报警实
12、验模块3、连接线4、示波器四、实验原理光电报警系统是一种重要监视系统,当前其种类已经日益增多。有对飞机、导弹等军事目的入侵进行报警系统,也有对机场、重要设施或危禁区域防范进行报警系统。普通说来,被动报警系统保密性好,但是设备比较复杂;而积极报警系统可以运用特定调制编码规律,达到一定保密效果,设备比较简朴。本系统调制电源提供红外发射二极管拟定规律变化调制电流,使发光管发出红外调制光。光电二极管接受调制光,转换后信号经放大,整形,解调后控制报警器。(1)用NE555定期器构成多谐振荡器作调制电源。NE555定期器构成多谐振荡器NE555集成电路用它构成占空比为50%多谐振荡器原理图如上图所示。下面
13、对照电路图简述其工作原理及参数选取。在前半周期,V1通过R2、D对C1充电,由于二极管D作用,电流不通过R1,因而其充电时间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,定期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,定期器输出又变成高电平,调节、电阻值得到严格方波输出。当R1=R2时,输出为方波信号。其输出频率为:参照值:=0.1F, 。用NE555构成振荡器来作红外发光管BT401时,由于红外发光管BT401工作电流在30m
14、A以上,因而一定加一种三极管驱动电路。使输出电流不不大于或等于红外发光管最小工作电流。其驱动电路参照电路图如下图: 红外发光二极管驱动电路 (2)信号放大电路原理电路如图所示,由运算放大器OP07构成放大电路,将光敏二极管所接受电流信号放大,放大增益通过调节R3阻值变化。图5 报警用参照电路(3)锁相环原理下图为锁相环电路原理图。LM567是一片锁相环电路,采用8脚双列直插塑封。其、脚外接电阻和电容决定了内部压控振荡器中心频率f2,f21/1.1RC。其、脚普通分别通过一电容器接地,形成输出滤波网络和环路单级低通滤波网络。脚所接电容决定锁相环路捕获带宽:电容值越大,环路带宽越窄。脚所接电容容量
15、应至少是脚电容2倍。脚是输入端,规定输入信号25mV。脚是逻辑输出端,其内部是一种集电极开路三极管,容许最大灌电流为100mA。LM567工作电压为4.759V,工作频率从直流到500kHz,静态工作电流约8mA。LM567内部电路及详细工作过程非常复杂,这里仅将其基本功能概述如下:当LM567脚输入幅度25mV、频率在其带宽内信号时,脚由高电平变成低电平,脚输出经频率/电压变换调制信号;如果在器件脚输入音频信号,则在脚输出受脚输入调制信号调制调频方波信号。在图4电路中咱们仅运用了LM567接受到相似频率载波信号后脚电压由高变低这一特性,来形成对控制对象控制。 锁相环电路五、注意事项1、不得扳
16、动面板上面元器件,以免导致电路损坏,导致实验仪不能正常工作。2、金色测试钩阐明:Ft为调制频率测试点、Ff为光电二极管输出放大信号测试点,Fy为整形后信号测试点、FC为锁相环中心频率测试点、GND为系统接地点。六、实验环节1、红外发射二极管“L+” “L-”相应接入电路中发射某些“L+” “L-”;光电二极管“P+” “P-”相应接入电路中接受某些“P-” “P+”。2、打开电源,示波器观测Ft点波形,调节调制频率调节旋钮,使波形输出为1比1方波。3、示波器观测Ff点波形,调节增益调节使波形最佳。4、示波器观测Fy点波形,调节阈值调节旋钮,使输出方波波形最佳,并记录频率。5、示波器观测Fc点波
17、形,调节中心频率调节旋钮使波形频率与Fy波形频率相等。6、用手遮挡光路,观测LED发光二极管批示状况。七、设计性实验1、红外调制发射电路原理图如下2、放大电路如下,调节RP3可以变化放大电路增益,T12 T13为光电二极管输入端。3、整形电路如下,调节RP4可以变化阈值电压大小。4、锁相环电路图如下,变化W4可以变化中心频率。八、思考题1、为了提高作用距离,光源调制频率和占空例如何取值?2、当拦截光束目的运动较快或较慢,接受电路和电路参数应如何考虑能保证正常报警。实验四、红外遥控设计实验一、实验目1、理解红外遥控原理2、理解掌握红外遥控电路设计办法二、实验内容1、红外遥控编解码实验2、4路遥控
18、原理实验3、设计性实验三、实验仪器1、光电创新实验仪主机箱2、红外遥控实验模块3、连接线4、示波器 四、实验原理PT2262/2272是台湾普城公司生产一种CMOS工艺制造低功耗低价位通用编解码电路,PT2262/2272最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚,设定地址码和数据码从17脚串行输出,可用于无线遥控发射电路。编码芯片PT2262发出编码信号由:地址码、数据码、同步码构成一种完整码字,解码芯片PT2272接受到信号后,其地址码通过两次比较核对后,相应数据脚也输出高电平
19、。PT2262特点: CMOS工艺制造,低功耗、外部元器件少、RC振荡电阻、工作电压范畴宽:2.6-15v、数据最多可达6位、地址码最多可达531441种。 应用范畴:车辆防盗系统、家庭防盗系统、遥 控 玩 具、其她电器遥控引 脚 图:管脚阐明:名称管脚说 明A0-A111-8、10-13地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空),D0-D57-8、10-13数据输入端,有一种为“1”即有编码发出,内部下拉Vcc18电源正端()Vss9电源负端()TE14编码启动端,用于多数据编码发射,低电平有效;OSC116振荡电阻输入端,与OSC2所接电阻决定振荡频率;OSC215振
20、荡电阻振荡器输出端;Dout17编码输出端(正常时为低电平)在详细应用中,外接振荡电阻可依照需要进行恰当调节,阻值越大振荡频率越慢,编码宽度越大,发码一帧时间越长。注意:下图电路应用在无线遥控,如果在红外遥控领域,需要芯片型号为PT2262-IR。解码电路 PT2272 引 脚 图:名称管脚说 明A0-A111-8、10-13地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空),必要与2262一致,否则不解码D0-D57-8、10-13地址或数据管脚,当做为数据管脚时,只有在地址码与2262一致,数据管脚才干输出与2262数据端相应高电平,否则输出为低电平,锁存型只有在接受到下一数
21、据才干转换Vcc18电源正端()Vss9电源负端()DIN14数据信号输入端,来自接受模块输出端OSC116振荡电阻输入端,与OSC2所接电阻决定振荡频率;OSC215振荡电阻振荡器输出端;VT17解码有效确认输出端(常低)解码有效变成高电平(瞬态)地址码和数据码都用宽度不同脉冲来表达,两个窄脉冲表达“0”;两个宽脉冲表达“1”;一种窄脉冲和一种宽脉冲表达“F”也就是地址码“悬空”上面是咱们从超再生接受模块信号输出脚上截获一段波形,可以明显看到,图上半某些是一组一组字码,每组字码之间有同步码隔开,因此咱们如果用单片机软件解码时,程序只要判断出同步码,然后对背面字码进行脉冲宽度辨认即可。图下某些
22、是放大一组字码:一种字码由12位AD码(地址码加数据码,例如8位地址码加4位数据码)构成,每个AD位用两个脉冲来代表:两个窄脉冲表达“0”;两个宽脉冲表达“1”;一种窄脉冲和一种宽脉冲表达“F”也就是地址码“悬空”2262每次发射时至少发射4组字码,2272只有在持续两次检测到相似地址码加数据码才会把数据码中“1”驱动相应数据输出端为高电平和驱动VT端同步为高电平。由于无线发射特点,第一组字码非常容易受零电平干扰,往往会产生误码,因此程序可以丢弃解决。 PT2272解码芯片有不同后缀,表达不同功能,有L4/M4/L6/M6之分,其中L表达锁存输出,数据只要成功接受就能始终保持相应电平状态,直到
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