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目录目录 实验仪说明实验仪说明.2 实验一实验一、光控开关设计实验光控开关设计实验.3 实验二实验二、光照度计设计实验光照度计设计实验.5 实验三实验三、红外遥控设计实验红外遥控设计实验.8 实验四实验四、PSDPSD 位移测试设计实验位移测试设计实验.16 实验五实验五、太阳能充电器设计实验太阳能充电器设计实验.19 实验六实验六、光纤位移测量系统设计实验光纤位移测量系统设计实验.24 实验仪说明实验仪说明 一、一、产品介绍：产品介绍：光电技术是光学、电子学和计算机科学知识的高度集中，是跨学科的边沿技术。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的问题，即光辐射的检测问题。因此光电检测技术是光电技术的核心和重要组成部分。光电检测具有非接触、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的光辐射转换为电信号，然后通过信号解决，去实现某种目的。它是光电系统的核心组成部分，其性能直接影响着光电系统的性能。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，提供多种光电器件的应用模块、设计模块、以及设计中所需要的电子元器件，并配备有各种电源接口。学生根据所提供的实验模块进行设计，或根据所提供的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。二二、系统组成系统组成：整个系统分 4 部分：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。一个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、导轨结构件组件：固定各种光电器件用。实验实验一一、光控开关光控开关设计实验设计实验 一、实验目的一、实验目的 1、了解和掌握光敏电阻光控开关应用原理 2、了解和掌握光控开关电路原理 二、实验内容二、实验内容 1、光敏电阻光控开关实验 2、设计性实验 三三、实验、实验仪器仪器 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 四四、实验原理、实验原理 1、光敏电阻的结构与工作原理 光敏电阻又称光导管，它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，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围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减小，电路中电流迅速增大。一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好，此时光敏电阻的灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧量级，亮电阻值在几千欧以下。光敏电阻的结构很简朴，下图（a）为金属封装的硫化镉光敏电阻的结构图。在玻璃底板上均匀地涂上一层薄薄的半导体物质，称为光导层。半导体的两端装有金属电极，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。为了防止周边介质的影响，在半 金属电极半导体电源检流计RLEI(a)(b)(c)Ra玻璃底板 导体光敏层上覆盖了一层漆膜，漆膜的成分应使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最大。为了提高灵敏度，光敏电阻的电极一般采用梳状图案，如图（b）所示。图（c）为光敏电阻的接线图。2、本实验通过改变照射到光敏电阻上光强大小来控制继电器的开关状态，从而控制发光二极管指示灯的亮和灭。五五、注意事项、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、金色测试钩说明：Vlm 为比较器输入电压测试点、Vyz 为阈值电压测试点。六六、实验环节、实验环节与实验规定与实验规定(红字部分为实验规定红字部分为实验规定)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，旋转灵敏度旋钮，选定一个灵敏度。然后调节调节阈值旋钮使让光开关处在工作状态，即不遮挡光敏电阻时指示灯不亮、用手遮挡光敏电阻时指示灯亮。3、万用表调至量程为 20V 直流电压状态，并万用表分别测量指示灯暗时与明时 Vlm 端电压和 Vyz 的端电压。4、改变灵敏度，反复以上环节一次，并将两次测得的 Vlm 端电压和 Vyz 的端电压填入下表，分析光开关实现开与关的条件。Vlm/V Vyz/V (a)光敏电阻结构；(b)光敏电阻电极；(c)光敏电阻接线图 七七、设计性实验设计性实验 光控开关原理图如下，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。R7yuzhitiaojie 10KR810KR131MR1512KR1627KE2C3B1Q490122374618U8OP07VCC/W110KVCC/-5V/VCC/VCC/A1K2D6DIODE4455112233K1DS2Y-S-DC5VR18500D8LED1T3CON11T4CON1VCCVCC/-5V-5V/-5V/-5V/-5V/R11KD1LED112233445566S9SW-DPDT 实验实验二二、光照度计光照度计设计实验设计实验 一、实验目的一、实验目的 1、了解和掌握光电池在光照度计上的应用原理 2、了解和掌握光照度计结构原理 3、了解和掌握光照度计电路设计原理 二、实二、实验内容验内容 1、光照度计测量光照度实验 2、光照度计设计实性验 三三、实验、实验仪器仪器 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 四四、实验原理、实验原理 光照度是亮度计量的重要参数之一，而亮度计量是光学计量最基本的部分。光度量是限于人眼可以见到的一部分辐射量，是通过人眼的视觉效果去衡量的，人眼的视觉效果对各种波长是不同的，通常用 V（）表达，定义为人眼视觉函数或光谱光视效率。因此，光照度不是一个纯粹的物理量，而是一个与人眼视觉有关的生理、心理物理量。光照度是单位面积上接受的光通量，因而可以导出：由一个发光强度 I 的点光源，在相距 L 处的平面上产生的光照度与这个光源的发光强度成正比，与距离的平方成反比，即：2/LIE 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的仪器，它的结构原理如下图所示：图 3-1 图中 D 为光探测器，图 3-2 为典型的硅光探测器的相对光谱响应曲线；C 为余弦校正器，在光照度测量中，被测面上的光不也许都来自垂直方向，因此照度计必须进行余弦修正，使光探测器不同角度上的亮度响应满足余弦关系。余弦校正器使用的是一种漫透射材料，当入射光不管以什么角度射在漫透射材料上时，光探测器接受到的始终是漫射光。余弦校正器的透光性要好；F 为 V（）校正器，在光照度测量中，除了希望光探测器有较高的灵敏度、较低的噪声、较宽的线性范围和较快的响应时间等外，还规定相对光谱响应符合视觉函数 V（），而通常光探测器的光谱响应度与之相差甚远，因此需要进行 V（）匹配。匹配基本上都是通过给光探测器加适当的滤光片（V（）滤光片）来实现的，满足条件的滤光片往往需要不同型号和厚度的几片颜色玻璃组合来实现匹配。当 D 接受到通过 C 和 F 的光辐射时，所产生的光电信号，一方面通过 I/V 变换，然后通过运算放大器 A 放大，最后在显示器上显示出相应的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 照度测量的误差因素 1）照度计相对光谱响应度与 V（）的偏离引起的误差。2）接受器线性：也就是说接受器的响应度在整个指定输出范围内为常数。3）疲劳特性：疲劳是照度计在恒定的工作条件下，由投射照度引起的响应度可逆的暂时的变化。4）照度计的方向性响应。5）由于量程改变产生的误差：这个误差是照度计的开关从一个量程变到邻近量程所产生的系统误差。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的影响来表征。7）偏振依赖性：照度计的输出信号还依赖于光源的偏振状态。8）照度头接受面受非均匀照明的影响。五五、注意事项、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、说明：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。六六、实验环节、实验环节与实验规定与实验规定(红字部分为实验规定红字部分为实验规定)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，观测背光条件下万用表指示数值（200mV 量程），并通过补偿调零旋钮将万用表读数调零。5、然后在光照条件下，改变放大倍数（X1 档，X2 档，X3 档），观测并记录万用表指示数值变化。VX1（mV）VX2（mV）VX3（mV）6、关闭电源。七七、设计性实验设计性实验 光照度计电路原理图如下：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。C110PC2104C3104signal1R41KR3390R23.9kR139kC4103K1SW3-1R5100K123456781011U17650(14)VCC-VCCR6150KC6104C5104Rp1500KVCC-VCCVCC-VCCE2106C7104C8104R91KR1051KRp250K-VCCVCC12J1CON2signal123456781011U27650(14)E1106Rp3500KR111KR121K 实验实验三三、红外遥控红外遥控设计实验设计实验 一、实验目的一、实验目的 1、了解红外遥控原理 2、了解掌握红外遥控电路设计方法 二、实验内容二、实验内容 1、红外遥控编解码实验 2、4 路遥控原理实验 3、设计性实验 三三、实验、实验仪器仪器 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 四四、实验原理、实验原理 PT2262/2272 是台湾普城公司生产的一种 CMOS 工艺制造的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,设定的地址码和数据码从 17 脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。编码芯片 PT2262 发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片 PT2272 接受到信号后，其地址码通过两次比较核对后，相应的数据脚也输出高电平。PT2262 特点：CMOS 工艺制造，低功耗、外部元器件少、RC 振荡电阻、工作电压范围宽：2.6-15v、数据最多可达 6 位、地址码最多可达 531441 种。应用范围：车辆防盗系统、家庭防盗系统、遥控玩具、其他电器遥控 引脚图：管脚说明：名称 管脚 说明 A0-A11 1-8、10-13 地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空),D0-D5 7-8、10-13 数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉 Vcc 18 电源正端（）Vss 9 电源负端（）TE 14 编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效；OSC1 16 振荡电阻输入端，与 OSC2 所接电阻决定振荡频率；OSC2 15 振荡电阻振荡器输出端；Dout 17 编码输出端（正常时为低电平）在具体的应用中，外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节，阻值越大振荡频率越慢，编码的宽度越大，发码一帧的时间越长。注意：下图电路应用在无线遥控，假如在红外遥控领域，需要芯片型号为 PT2262-IR。解码电路 PT2272 引脚图：名称 管脚 说明 A0-A11 1-8、10-13 地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空),必须与 2262 一致,否则不解码 D0-D5 7-8、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数据端相应的高电平,否则输出为低电平,锁存型只有在接受到下一数据才干转换 Vcc 18 电源正端（）Vss 9 电源负端（）DIN 14 数据信号输入端，来自接受模块输出端 OSC1 16 振荡电阻输入端，与 OSC2 所接电阻决定振荡频率；OSC2 15 振荡电阻振荡器输出端；VT 17 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的脉冲来表达，两个窄脉冲表达“0”；两个宽脉冲表达“1”；一个窄脉冲和一个宽脉冲表达“F”也就是地址码的“悬空”上面是我们从超再生接受模块信号输出脚上截获的一段波形，可以明显看到，图上半部分是一组一组的字码，每组字码之间有同步码隔开，所以我们假如用单片机软件解码时，程序只要判断出同步码，然后对后面的字码进行脉冲宽度辨认即可。图下部分是放大的一组字码：一个字码由 12 位 AD 码（地址码加数据码，比如 8 位地址码加 4 位数据码）组成，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”；一个窄脉冲和一个宽脉冲表达“F”也就是地址码的“悬空”2262 每次发射时至少发射 4 组字码，2272 只有在连续两次检测到相同的地址码加数据码才会把数据码中的“1”驱动相应的数据输出端为高电平和驱动 VT 端同步为高电平。由于无线发射的特点，第一组字码非常容易受零电平干扰，往往会产生误码，所以程序可以丢弃解决。PT2272 解码芯片有不同的后缀，表达不同的功能，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一直保持相应的电平状态，直到下次遥控数据发生变化时改变。M 表达非锁存输出，数据脚输出的电平是瞬时的并且和发射端是否发射相相应，可以用于类似点动的控制。后缀的 6 和 4 表达有几路并行的控制通道，当采用 4 路并行数据时（PT2272-M4)，相应的地址编码应当是 8 位，假如采用 6 路的并行数据时(PT2272-M6)，相应的地址编码应当是 6 位。PT2262/2272 芯片的地址编码设定和修改：在通常使用中，我们一般采用 8 位地址码和 4 位数据码，这时编码电路 PT2262 和解码 PT2272的第 18 脚为地址设定脚，有三种状态可供选择：悬空、接正电源、接地三种状态，3 的 8次方为 6561，所以地址编码不反复度为 6561 组，只有发射端 PT2262 和接受端 PT2272 的地址编码完全相同，才干配对使用，遥控模块的生产厂家为了便于生产管理，出厂时遥控模块的 PT2262 和 PT2272 的八位地址编码端所有悬空，这样用户可以很方便选择各种编码状态，用户假如想改变地址编码，只要将 PT2262 和 PT2272 的 18 脚设立相同即可，例如将发射机的 PT2262 的第 1 脚接地第 5 脚接正电源，其它引脚悬空，那么接受机的 PT2272 只要也第1 脚接地第 5 脚接正电源，其它引脚悬空就能实现配对接受。当两者地址编码完全一致时，接受机相应的 D1D4 端输出约 4V 互锁高电平控制信号，同时 VT 端也输出解码有效高电平信号。用户可将这些信号加一级放大，便可驱动继电器、功率三极管等进行负载遥控开关操纵。五五、注意事项、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、地址编码和地址解码编码方法：编解码均为三态，高、低和悬空，分为上中下 3 排，每排相应地址位看模块上标示。短接上两排为低，下两排为高，不短接则为悬空。六六、实验环节、实验环节与实验规定与实验规定(红字部分为实验规定红字部分为实验规定)1、将模块上红外发射二极管的金色插孔“L+”“L-”通过连线连接至发射金色插孔“L+”“L-”，红外接受头金色插孔“GND”“VCC”“SIG”通过连线连接至接受金色插孔“GND”“VCC”“SIG”（GCCGND 为接受头的供电端，SIG 为接受头的信号输出端）。2、将电源开关打开，分别按下 S1，S2，S3，S4 按钮，观测并记录模块右下角指示灯的变化情况；3、使用短路块将编码解码设立相同状态，按下 4 路控制任何一路开关，观测并记录 4 路输出指示灯等状态。5、使用短路块将编码解码设立不同状态，按下 4 路控制任何一路开关，观测并记录 4 路输出指示等状态。七七、设计性实验设计性实验 123456789101112131415161718U1R1RES2R2RES2R3RES2R4RES2R5RES2R6RES2R7RES2R8RES2R9RES2R10RES2R11RES2R12RES2R13470kR141kR15100+5VS1S2S3S4D3D4D5D64148+5VQ12sc1815DLED+5V123456789CON9123456789CON9123456789CON9R0RES2 上图为编码发射电路。U1 为芯片 PT2262，在没有按键按下时，U1 不通电，任意按键按下时，+5V 通过二极管 4148 后为芯片供电，这样设计可以减少产品功耗。U1 输出波形通过三极管 Q1 调制到红外发射二极管上。3 排 9 针插针用来对芯片进行 3 态编码。下图为接受解码电路。U2 为芯片 PT2272，红外接受头接受到得信号通过三极管 Q2 驱动后送入芯片 PT2272 输入端，3 排 8 针插针用来对芯片进行 3 态编码。本实验手册提供的原理图为 4 路编解码原理，同学们有爱好可以根据芯片原理设计相应其它路数的遥控。123456789101112131415161718U2R16RES2LED5LED1LED2LED3LED4R17RES2R18RES2R19RES2R20RES2R21RES2R221mR2410kR26RES2R27RES2R28RES2R29RES2R30RES2R31RES2R32RES2+5VQ32sc18151234PHOTO+5V123456781234567812345678 实验实验四四、PSDPSD 位移测试位移测试设计实验设计实验 一、实验目的一、实验目的 1、了解 PSD 位置传感器工作原理及其特性 2、了解并掌握 PSD 位置传感器测量位移的方法 3、了解并掌握 PSD 位置传感器输出信号解决电路原理 二、实验内容二、实验内容 1、一维 PSD 光学系统组装调试实验 2、PSD 输出信号解决实验 3、PSD 输出信号误差补偿实验 4、PSD 测位移原理实验 5、设计实验 三三、实验、实验仪器仪器 1、光电创新实验仪主机箱 2、PSD 位移测试模块 3、连接线 4、万用表 四四、实验原理、实验原理 PSD 为一具有 PIN 三层结构的平板半导体硅片。其断面结构如图 1 所示，表面层 P 为感光面，在其两边各有一信号输入电极，底层的公共电极是用与加反偏电压。当光点入射到PSD 表面时，由于横向电势的存在，产生光生电流0I，光生电流就流向两个输出电极，从而在两个输出电极上分别得到光电流1I和2I，显然012III。而1I和2I的分流关系则取决于入射光点到两个输出电极间的等效电阻。假设 PSD 表面分流层的阻挡是均匀的，则 PSD可简化为图 2 所示的电位器模型，其中1R、2R为入射光点位置到两个输出电极间的等效电阻，显然1R、2R正比于光点到两个输出电极间的距离。入射光I1I2输出电极公共电极PIN输出电极入射光I1I2I1I2R1R2FvRRLRL图111图11-2图 1 图 2 由于 I1/I2=R2/R1=（L-X）/L+X）I0=I1+I2 所以可得 I1=I0（L-X）/2L I2=I0（L+X）/2L X=（I2-I1/I0）L 当入射光恒定期，0I恒定，则入射光点与 PSD 中间零位点距离 X 与21II成线性关系，与入射光点强度无关。通过适当的解决电路，就可以获得光点位置的输出信号。五五、注意事项、注意事项 1、激光器输出光不得对准人眼，以免导致伤害。2、激光器为静电敏感组件，因此操作者不要用手直接接触激光器引脚以及与引脚连接的任何测试点和线路，以免损坏激光器。3、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。六六、实验环节、实验环节与实验规定与实验规定 1、将激光器引线红色接模块上+5V 金色插孔，黑色接 GND5 金色插孔。PSD 后金色插孔“I1”“I2”为 PSD 电流输出，相应接到金色插孔“T6”“T8”，PSD 后金色插孔“C”为 PSD 供电端，相应接到金色插孔“T4”。2、将 PSD 传感器实验单元电路连接起来：“T7”接“T10”“T9”接“T12”“T13”接“T14”“T15”接“T16”，“T17”与“T18”相应接到万用表电压档正负极，用来测量输出电压。3、打开主机箱电源开关，打开模块上电源开关，实验模块开始工作。调整测微头，使激光光点可以在 PSD 受光面上的位置从一端移向另一端，最后将光点定位在 PSD 受光面上的正中间位置（目测），调节零点调整旋钮，使电压表显示值为 0。转动测微头使光点移动到 PSD受光面一端，调节输出幅度调整旋钮，使电压表显示值为 3V 或-3V 左右。4、从 PSD 一端开始旋转测微头，使光点移动，取X0.5mm，即转动测微头一转。读取电压表显示值，填入表 1。表 1PSD 传感器位移值与输出电压值 位移量（mm）0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 输出电压（V）位移量（mm）4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 输出电压（V）七七、设计性实验设计性实验 1、PSD 供电电路如下图 C3104E310uF/25VR2512VrefR1391E43.3uf/50VVCC12T4 2、PSD 输出解决电路如下图,原理：运算放大器 U4AU4B 完毕 PSD 两路电流输出 I/V 变换；U5A 为加法电路，对两路输出进行加法运算，用来验证 PSD 两路输出之和不随光电位置变化而改变；U5B 为减法电路，实现 PSD 位移测量；U3A 为放大电路，W1 用来调节放大增益。U3B 为调零电路，通过调节 W2 阻值大小进行电路调零。R3105R6104R7104C410nFPSDI2C510nFR4105PSDI1Vo1Vo2Vo3Vi1R8100KR11104Vo4R9104Vi2R10104C71041IN-21IN+31OP1V+8V-4U3ALF412W122KC111042IN-62IN+52OP7U3BLF412T8T6T9T7T10T12T11T13T16T15T14R5100KC8104C6104R1310kR121KR1410KR1512KR1710KR1910KC9244R181KR1612KVEE-12VCC121t171t18R2010KC10244R211KW21IN-21IN+31OP1V+8V-4U5ALF4122IN-62IN+52OP7U5BLF412VEE-12VCC121IN-21IN+31OP1V+8V-4U4ALF4122IN-62IN+52OP7U4BLF412VEE-12VCC12VCC12VEE-12D55.1VD65.1V 实验实验五五、太阳能充电器太阳能充电器设计实验设计实验 一、实验目的一、实验目的 1、了解和掌握太阳能电池充电原理 2、了解和掌握 DC/DC 变换原理 二、实验内容二、实验内容 1、普通电源给锂电池充电 2、用太阳能电池给锂电池充电实验 3、DC/DC 升压原理实验 4、设计性实验 三三、实验、实验仪器仪器 1、光电创新实验仪主机箱 2、太阳能电池充电模块 3、连接线 4、万用表 四四、实验原理、实验原理 1、太阳能电池（SolarCells），也称为光伏电池，是将阳光辐射能直接转换为电能的器件。由这种器件封装成太阳能电池组件，再按需要将一块以上的组件组合成一定功率的太阳能电池方阵，经与储能装置、测量控制装置及直流-交流变换装置等相配套，即构成太阳能电池发电系统，也称为之光伏发电系统。太阳能电池具有不消耗常规能源、无转动部件、寿命长、维护简朴、使用方便、功率大小可任意组合、无噪音、无污染等优点。通过人们 40 数年的努力，太阳能电池的研究、开发与产业化已取得巨大进步。目前，太阳能电池已成为空间卫星的基本电源和地面无电、少电地区及某些特殊领域（通信设备、气象台站、航标灯等）的重要电源。本该实验作为一个综合设计性的实验，联系科技开发实际，有一定的新奇性和实用价值，能激发学生的学习爱好。本实验原理的核心是太阳能充电控制芯片 CN3083，该芯片基本电路原理图：CN3083 是可以用太阳能板供电的单节锂电池充电管理芯片。该器件内部涉及功率晶体管，应用时不需要外部的电流检测电阻和阻流二极管。内部的 8 位模拟-数字转换电路，可以根据输入电压源的电流输出能力自动调整充电电流，用户不需要考虑最坏情况，可最大限度地运用输入电压源的电流输出能力，非常适合运用太阳能板等电流输出能力有限的电压源供电的锂电池充电应用。CN3083 只需要很少的外围元器件，并且符合 USB 总线技术规范，非常适合于便携式应用的领域。热调制电路可以在器件的功耗比较大或者环境温度比较高的时候将芯片温度控制在安全范围内。内部固定的恒压充电电压为 4.2V，也可以通过一个外部的电阻调节。充电电流通过一个外部电阻设立。当输入电压掉电时，CN3083 自动进入低功耗的睡眠模式，此时电池的电流消耗小于 3 微安。其它功能涉及输入电压过低锁存，自动再充电，电池温度监控以及充电状态/充电结束状态指示等功能。充电状态和充电结束状态双指示输出，电源电压掉电时自动进入低功耗的睡眠模式，采用恒流/恒压/恒温模式充电，既可以使充电电流最大化，又可以防止芯片过热，电池温度监测功能，自动再充电，充电结束检测。2、DC/DC 变换就是将一个量级的直流电压转换为另一个量级的直流电压：涉及升压、降压和电压极性变换等。本实验 DC/DC 变换的核心器件为 MC34063。该器件自身包含了 DCDC 变换器所需要的重要功能。它由具有温度自动补偿功能的基准电压发生器、比较器、占空比可控的振荡器，RS 触发器和大电流输出开关电路等组成。该器件可用于升压变换器、降压变换器、反向器的控制核心，由它构成的 DCDC 变换器仅用少量的外部元器件。重要应用于以微解决器(MPU)或单片机(MCU)为基础的系统里。MC34063 集成电路重要特性：输入电压范围：2、540V 输出电压可调范围：12540V 输出电流可达：15A 工作频率：最高可达 100kHz 低静态电流 短路电流限制 可实现升压或降压电源变换器 MC34063 的基本结构及引脚图功能(右图）1 脚：开关管 T1 集电极引出端；2 脚：开关管 T1 发射极引出端；3 脚：定期电容 ct 接线端；调节 ct 可使工作频率在 100100kHz 范围内变化；4 脚：电源地；5 脚：电压比较器反相输入端，同时也是输出电压取样端；使用时应外接两个精度不低于 1的精密电阻；6 脚：电源端；7 脚：负载峰值电流（Ipk）取样端；6，7 脚之间电压超过 300mV 时，芯片将启动内部过流保护功能；8 脚：驱动管 T2 集电极引出端。本实验完毕由 MC34063 组成的升压电路，工作原理如下。工作过程：MC34063 组成的降压电路原理如上图,当芯片内开关管(T1)导通时，电源经取样电阻Rsc、电感 L1、MC34063 的 1 脚和 2 脚接地，此时电感 L1 开始存储能量，而由 C0 对负载提供能量。当 T1 断开时，电源和电感同时给负载和电容 Co 提供能量。电感在释放能量期间，由于其两端的电动势极性与电源极性相同，相称于两个电源串联，因而负载上得到的电压高于电源电压。开关管导通与关断的频率称为芯片的工作频率。只要此频率相对负载的时间常数足够高，负载上便可获得连续的直流电压。五五、注意事项、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、不要让锂电池短路，防止发生意外。六六、实验环节、实验环节与实验规定与实验规定(红字部分为实验规定红字部分为实验规定)1、锂电池正极接金色插座“J5”负极接“J6”，太阳能电池，接入实验模块的“J1”（正）和“J3”（负），用万用表（20V 量程电压表）分别测量无光照下的锂电池正负极间的电压以及太阳能电池正负极间的电压，并观测此时充电指示灯指示状况。2、用随机配备的 50W 射灯照射太阳能电池，分别测量光照下的锂电池正负极间的电压以及太阳能电池正负极间的电压，并观测充电指示灯指示状况。将光照前后的电压读数填入下表：V锂电池（V）V太阳能电池（V）光照前 光照后 3、充电模块金色插孔“OUT+”和“OUT-”接入 DC-DC 变换模块的金色插孔“DCIN+”和“DCIN-”，用万用表测量 DC-DC 变换模块的输出电压，对比输入输出电压，填入下表。V输入（V）V输出（V）七七、设计性实验设计性实验 1、太阳能电池充电器原理图如下：CON1 为外接+5V 输入端，J2 为太阳能电池正输入端，J3、J8 为接地端，J4J5 间串联电流表用来测量充电电流，J6J6 间接锂电池，J7J8 为输出端，可认为其它用电设备供电。R2330R11kR33.6K18273645U1CN30831J21J3Q12301Q22301 P1J1CON1E14.7uF/25VD3greenD4redR41kE24.7uF/25V1J41J51J61J71J8BATTERYD55822D65822 2、DC-DC 变换原理图如下，同学们也可以自己查找 MC34063 资料进行学习，自行设计降压和反向转换电路并实现。VCCA01A12A23GND4SDA5SCK6WP7VCC8AT24C01U4MC34063R210.47R22180C21E21C22104PR2310KR261.5KVPPL2D2141481J91J101J111J12 实验实验六六、光纤位移测量系统光纤位移测量系统设计实验设计实验 一、实验目的一、实验目的 1、了解光纤位移传感器工作原理及其特性 2、了解并掌握光纤位移传感器测量位移的方法 3、了解并掌握光纤位移传感器解决电路原理 二、实验内容二、实验内容 1、光纤位移光学系统组装调试实验 2、光纤位移传感器测距原理实验 3、运用反射式光纤位移传感器测量出光强随位移变化的函数关系 4、设计性实验 三三、实验、实验仪器仪器 1、光电创新实验仪主机箱 2、光纤传感器实验模块 3、连接线 4、万用表 5、反射式光纤组件 四四、实验原理、实验原理 下图是光纤位移测量装置结构 光源探测器输入光纤输出光纤被测物体adb 光从光源耦合到输入光纤射向被测物体，再被反射回另一光纤，由探测器接受。设两根光纤的距离为 d，每根光纤的直径为 2a，数值孔径为 N，如图所示，这时 2dtgb 由于1sinN，所以式可以写为 12(sin)dbtgN 很显然，当1/2sinbdtgN时，即接受光纤位于光纤像的光锥之外。两光纤的耦合为零，无反射进入接受光纤；当1/2sinbdtgN时，即接受光纤位于光锥之内，两光纤耦合最强，接受光纤达成最大值。d 的最大检测范围为1/sina tgN。假如要定量的计算光耦合系数，就必须计算出输入光纤像的发光锥体与接受光纤端面的交叠面积，如下图所示，由于接受光纤芯径很小，经常把光锥边沿与接受光纤芯交界弧线当作是直线。通过对交叠面简朴的几何分析，不难得到交叠面积与光纤端面积之比。即 11cos(1)(1)sin(1)bb2ad输入光纤输出光纤输出光纤像 位移测量原理 本实验采用的传光型光纤，它由两束光纤混合后组成，两光束混合后的端部是工作端亦称探头，它与被测体相距 X，由光源发出的光传到端部出射后再经被测体反射回来，由另一束光纤接受光信号经光电转换器转换成电量，而光电转换器的电量大小与间距 X 有关，因此可用于测量位移。五五、注意事项、注意事项 1、不得随意摇动和插拔面板上元器件和芯片，以免损坏，导致实验仪不能正常工作。2、光纤传感器弯曲半径不得小于 3cm，以免折断。3、旋动螺旋测微丝杆尾帽，使其产生位移，出现咔咔声表达不能继续前进。4、在使用过程中，出现任何异常情况，必须立即关机断电以保证安全。5、实验前保证螺旋测微丝杆端部光洁，可用酒精清洗，实验过程中请勿用手及任何东西接触端部，以免端部脏污影响实验精度。6、实验要在环境光稳定的情况下进行，否则会影响实验精度，最佳在避光环境下实验。六六、实验环节、实验环节与实验规定与实验规定(红字部分为实验规定红字部分为实验规定)1、根据图示安装光纤位移装置。反射式光纤传感器通过自带螺母固定在光纤支架上（左边支架），端面朝右。二束光纤分别插入光纤传感器模块上发射、接受端。注意：注意：反射式光纤为二束，其中一束由单根光纤组成，实验时相应插入发射孔；另一束由 16 根光纤组成，实验时相应插入接受孔。发射和接受孔内部已和发光二极管及光电探测器相接。光纤位移传感装置 2、螺旋测微丝杆插入右边支架，调节测微丝杆，使测微丝杆顶端光滑反射面与反射式光纤端面接触并同轴心。最后用固定螺钉将螺旋测微丝杆固定在支架上。3、将发射部分金色插孔“J5”“J6”相应接到电路上金色插孔“J2”“J1”，将接受部分金色插孔“J8”“J7”相应接到电路上金色插孔“J4”“J3”。输出端“J9”“J10”分别接万用表红黑表笔，先选择电压表 20V 档用于调零。4、打开电源开关，调节测微丝杆使反射面离开光纤传感器，观测电压表显示变化，系统组装完毕。5、调节螺旋测微丝杆，使测微丝杆顶端光滑反射面与反射式光纤端面接触，同时测微丝杆的刻度线面对观测者，且读数为 0.5 的整数倍开始起调，以利于读数。6、打开电源开关，调节调零电位器使电压表显示为零。再将万用表调至 2V 档。调节测微丝杆使反射面离开反射式光纤传感器，观测电压表数值变化，每隔 5mm 读出电压表数值，并填入表 1 中。假如最大时读数超过 2V 档量程，可逆时针调节增益调节旋钮，使最大值在 2V档量程之内。表 1 X（mm）1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 U（V）X（mm）11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 U（V）七七、设计性实验设计性实验 1、下图为发光二极管驱动电路原理图：由 5.1V 稳压二极管、运算放大器 U1（HA17741）和驱动三极管 S9014 及外围电路组成恒流驱动电路，为发光二极管提供恒定的驱动电流（发光二极管接 J1、J2 端），可以保证发光二极管发出的光强恒定，从而保证整个光纤位移测量系统的稳定性及测量精度。2、光敏三极管放大解决电路 如下图，光敏三极管（接 J3、J4 端）接受到光纤传感器反射光后产生电流，该电流流过电阻 R5，产生压降，该电压压降随光强的改变而改变，然后由运算放大器 U2（HA17741）及外围电路构成第一级放大电路进行放大，放大后的电压信号通过运算放大器 U3（HA17741）及外围电路构成第二级放大电路再次进行放大，最后通过 J9、J10 输出到电压表进行显示。32647U1HA17741R32KR41.2KR210KC3104R11.2KVCC12VEE-12VCC121J11J2VCC12Q19014D35.11234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:29-Jun-2011Sheet of File:C:Documents and SettingsAdmin桌面创新 光纤 烟雾 报警光纤 烟雾.ddbDrawn By:32647U2HA1774132647U3HA17741R710kR610KR1010KR510KR1110KR1312KR142KC71