光電技術創(chuàng)新實訓平臺實驗指導書

1、目錄實驗儀說明 2實驗一、光控開關設計實驗 3實驗二、光照度計設計實驗 5實驗三、光電報警設計實驗 8實驗四、紅外遙控設計實驗 13實驗五、PSD位移測試設計實驗 21實驗六、熱釋電報警器設計實驗 24實驗七、光電轉速計設計實驗 27實驗八、光電測距設計實驗 30實驗九、太陽能充電器設計實驗 33實驗十、顏色識別系統(tǒng)設計實驗 3844實驗十一、光電開關里程表設計實驗實驗儀說明一、產品介紹： 光電技術是光學、 電子學和計算機科學知識的高度集中， 是跨學科的邊緣技術。 光電技 術廣泛應用于工農業(yè)和家庭生活等各領域。 在這些領域中， 幾乎都涉及將光輻射信息轉換為 電信息的問題， 即光輻射的檢測問題。

2、 因此光電檢測技術是光電技術的核心和重要組成部分。 光電檢測具有非接觸、 實時和高精度等特點， 其技術得到迅速發(fā)展。 光電探測器可將一定的 光輻射轉換為電信號， 然后經過信號處理， 去實現某種目的。 它是光電系統(tǒng)的核心組成部分， 其性能直接影響著光電系統(tǒng)的性能。GCGDCX-B型光電技術創(chuàng)新實訓平臺針對光電器件應用設計而開發(fā)，提供多種（可選） 光電器件的應用模塊、 設計模塊、 以及設計中所需要的電子元器件， 并配備有各種電源接口。 學生根據所提供的實驗模塊進行設計， 或根據所提供的實驗模塊進行二次開發(fā)， 提高學生動 手動腦能力及創(chuàng)新意識。、系統(tǒng)組成：整個系統(tǒng)分 4 部分：1、主機箱：主機箱主要

3、為各設計模塊提供電源供給以及模塊固定。一個主機箱可以安 放六個設計模塊。2、實驗模塊：通過各實驗模塊完成各應用實驗。3、設計性實驗物料：二次開發(fā)實驗用。4、導軌結構件組件：固定各種光電器件用。實驗一、光控開關設計實驗一、實驗目的1、了解和掌握光敏電阻光控開關應用原理2、了解和掌握光控開關電路原理二、實驗容1、光敏電阻光控開關實驗2、設計性實驗三、實驗儀器1、光電創(chuàng)新實驗儀主機箱2、光控開關實驗模塊3、連接線4、萬用表四、實驗原理1、光敏電阻的結構與工作原理亮電阻越小亮電阻值在光敏電阻又稱光導管，它幾乎都是用半導體材料制成的光電器件。光敏電阻沒有極性， 純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，

4、也可以加交流電壓。無光照時，光敏電阻值 （暗電阻）很大，電路中電流（暗電流）很小。當光敏電阻受到一定波長圍的光照時，它的 阻值（亮電阻）急劇減小，電路中電流迅速增大。一般希望暗電阻越大越好，越好，此時光敏電阻的靈敏度高。實際光敏電阻的暗電阻值一般在兆歐量級， 幾千歐以下。在玻璃底金屬電在半光敏電阻的結構很簡單，下圖（a）為金屬封裝的硫化鎘光敏電阻的結構圖。板上均勻地涂上一層薄薄的半導體物質，稱為光導層。半導體的兩端裝有金屬電極，極與引出線端相連接， 光敏電阻就通過引出線端接入電路。為了防止周圍介質的影響,? ?Rl eX(a)(b)(c)（a）光敏電阻結構；（b）光敏電阻電極;(c)光敏電阻接

5、線圖導體光敏層上覆蓋了一層漆膜，漆膜的成分應使它在光敏層最敏感的波長圍透射率最大。為了提高靈敏度，光敏電阻的電極一般采用梳狀圖案，如圖（b）所示。 圖（c）為光敏電阻的接線圖。2、本實驗通過改變照射到光敏電阻上光強大小來控制繼電器的開關狀態(tài)，從而控制發(fā)光二 極管指示燈的亮和滅。五、注意事項1不得扳動面板上面元器件，以免造成電路損壞，導致實驗儀不能正常工作。2、金色測試鉤說明：Vim為比較器輸入電壓測試點、Vyz為閾值電壓測試點。六、實驗步驟1、 光敏電阻輸出端金色插座對應接到"IN ”端金色插座，"OUT ”端對應接到繼電器正負 端。2、 打開電源開關，用萬用表測量Vim端

6、電壓，用手遮擋光敏電阻，分別記下明、暗時Vim電壓。3、調節(jié)閾值電壓使 Vyz值在明暗電壓值之間。4、用手遮擋光敏電阻，觀察指示燈指示狀況。七、設計性實驗光控開關原理圖如下，IN1和CON1為光敏電阻輸入端。U8為運算放大器，型號為 OP07，此運算放大器構成比較器電路。當3腳電壓高于2腳電壓時輸出高電平，三極管Q4截止繼電器不吸合，發(fā)光二極管不發(fā)光。反之2腳輸出低電平，三極管 Q4導通，繼電器得電導通，發(fā)光二極管發(fā)光。VCCSW-DPDT 2S9 2 ° - 1D1R11K-5V/VCC/VCC/-5V6 .A-43 3-5V/八、思考題分析光敏電阻應用場合。實驗二、光照度計設計實

7、驗一、實驗目的1、了解和掌握光電池在光照度計上的應用原理2、了解和掌握光照度計結構原理3、了解和掌握光照度計電路設計原理二、實驗容1、光照度計測量光照度實驗2、光照度計設計實性驗三、實驗儀器1、光電創(chuàng)新實驗儀主機箱2、光照度計&光功率計設計模塊3、照度計探頭4、連接線4、萬用表四、實驗原理光照度是光度計量的主要參數之一，而光度計量是光學計量最基本的部分。光度量是限于人眼能夠見到的一部分輻射量，是通過人眼的視覺效果去衡量的，人眼的視覺效果對各種波長是不同的，通常用 V （入）表示，定義為人眼視覺函數或光譜光視效率。因此，光照度 不是一個純粹的物理量，而是一個與人眼視覺有關的生理、心理物理

8、量。光照度是單位面積上接收的光通量，因而可以導出：由一個發(fā)光強度I的點光源，在相距L處的平面上產生的光照度與這個光源的發(fā)光強度成正比，與距離的平方成反比，即：2E I /L式中：E光照度，單位為 Lx;I光源發(fā)光強度，單位為 cd;L距離，單位為 m光照度計是用來測量照度的儀器，它的結構原理如下圖所示:圖3-1圖中D為光探測器，圖3-2為典型的硅光探測器的相對光譜響應曲線；C為余弦校正器，在光照度測量中，被測面上的光不可能都來自垂直方向，因此照度計必須進行余弦修正，使光探測器不同角度上的光度響應滿足余弦關系。余弦校正器使用的是一種漫透射材料，當入射光不論以什么角度射在漫透射材料上時，光探測器接

9、收到的始終是漫射光。余弦校正器的透光性要好；F為V （入）校正器，在光照度測量中，除了希望光探測器有較高的靈敏度、 較低的噪聲、較寬的線性圍和較快的響應時間等外，還要求相對光譜響應符合視覺函數V（入），而通常光探測器的光譜響應度與之相差甚遠，因此需要進行V （入）匹配。匹配基本上都是通過給光探測器加適當的濾光片（V （入）濾光片）來實現的，滿足條件的濾光片往往需要不同型號和厚度的幾片顏色玻璃組合來實現匹配。當D接收到通過C和F的光輻射時，所產生的光電信號， 首先經過I/V變換，然后經過運算放大器 A放大，最后在顯示器上 顯示出相應的信號定標后就是照度值。圖3-3 光譜視覺曲線照度測量的誤差因素

10、1）照度計相對光譜響應度與 V （入）的偏離引起的誤差。2）接收器線性：也就是說接收器的響應度在整個指定輸出圍為常數。3）疲勞特性：疲勞是照度計在恒定的工作條件下，由投射照度引起的響應度可逆的暫 時的變化。4）照度計的方向性響應。5）由于量程改變產生的誤差：這個誤差是照度計的開關從一個量程變到鄰近量程所產 生的系統(tǒng)誤差。6）溫度依賴性：溫度依賴性是用環(huán)境溫度對照度頭絕對響應度和相對光譜響應度的影 響來表征。7）偏振依賴性：照度計的輸出信號還依賴于光源的偏振狀態(tài)。8）照度頭接收面受非均勻照明的影響。五、注意事項1、不得扳動面板上面元器件，以免造成電路損壞，導致實驗儀不能正常工作。2、 說明：輸入

11、“ +” “ - ”為探頭輸入端、輸出“ +” “ - ”為照度計輸出電壓測試點。X1 、X10、X100開關為放大倍數切換開關。六、實驗步驟1、 照度計探頭紅黑插座對應接到實驗模塊上輸入端“+”2、 萬用表紅黑表筆對應接到實驗模塊上輸出端“+” “3、放大倍數切換開關撥至 X1擋，向上撥。4、打開電源開關，觀察萬用表指示數值。5、改變不同光照度和放大倍數，觀察萬用表指示數值變化。6、關閉電源。七、設計性實驗光照度計電路原理圖如下：K1為檔位切換開關。U2對5腳對應電位器為調零電位器。VCCE1 1061_ C7104'Ip空2'106 I C8I -VCCU1對光電池輸出電流

12、進行 I/V變換，將光電流轉換為電壓, 輸出電壓進行放大，調節(jié) RP1阻值大小可以給便放大倍數，八、思考題分析放大電路芯片選用條件。實驗三、光電報警設計實驗一、實驗目的1、了解紅外砷化鎵發(fā)光二極管與光電二極管的具體應用。2、練習自擬簡單的光電系統(tǒng)試驗。3、了解主動式光電報警系統(tǒng)設計原理。4、了解鎖相環(huán)的原理及應用。5、對影響光電探測性能的各種參數進行探討，以求最大限度地發(fā)揮系統(tǒng)的探測能力。二、實驗容1、鎖相環(huán)原理及應用測試實驗2、利用鎖相環(huán)設計光電報警系統(tǒng)實驗3、設計性實驗三、實驗儀器1、光電創(chuàng)新實驗儀主機箱2、光電報警實驗模塊3、連接線4、示波器四、實驗原理光電報警系統(tǒng)是一種重要的監(jiān)視系統(tǒng)，

13、目前其種類已經日益增多。有對飛機、導彈等軍事目標入侵進行的報警系統(tǒng)，也有對機場、重要設施或危禁區(qū)域防進行報警的系統(tǒng)。一般說來，被動報警系統(tǒng)的性好， 但是設備比較復雜；而主動報警系統(tǒng)可以利用特定的調制編碼規(guī) 律，達到一定的效果，設備比較簡單。本系統(tǒng)調制電源提供紅外發(fā)射二極管確定規(guī)律變化的調制電流，使發(fā)光管發(fā)出紅外調制光。光電二極管接收調制光，轉換后的信號經放大，整形，解調后控制報警器。（1 ）用NE555定時器構成多諧振蕩器作調制電源。JTR2784NE55536215VccVoNE555定時器構成多諧振蕩器NE555集成電路用它構成占空比為50%勺多諧振蕩器原理圖如上圖所示。下面對照電路圖簡述

14、其工作原理及參數選擇。在前半周期，V1通過R2、D對C1充電，由于二極管 D的作用，電流不經過 R1,因此其 充電時間T1為：1Vcc 3VccR2G In3R2C11n2Vcc |Vcc而在后半周期，電容放電時，二極管反向電阻無窮大，555部的三極導通，電流通過R1至7腳直接放電，此時其放電時間T2為：1Vcc -VccT2 Ri Ci InRi Ci In 2Vcc |Vcc當A點電壓上升到上限閾值電壓（約23Vcc ）時，定時器輸出翻轉成低電平。這時，A點電壓將隨Ci放電而按指數規(guī)律下降。當A點下降到下限閾值電壓（約23Vc ）時，定時器輸出又變成高電平，調整 Ri、R2的電阻值得到嚴格

15、的方波輸出。當R仁R2時，輸出為方波信號。其輸出頻率為：fTi T22RiCi In 2參考值：Ri5.6K , R2 5.6K , Ci =0.1 折，f i.44 2RiCi1.-KHz。用NE555組成振蕩器來作紅外發(fā)光管BT40i時，由于紅外發(fā)光管 BT40i的工作電流在30mA以上，因此一定加一個三極管驅動電路。使輸出電流大于或等于紅外發(fā)光管的最小工 作電流If。其驅動電路的參考電路圖如下圖：（2）信號放大電路原理紅外發(fā)光二極管驅動電路電路如圖所示，由運算放大器OP07構成放大電路，將光敏二極管所接收的電流信號放大，放大增益通過調節(jié)R3阻值改變。CiR4C2檢波6V87R1+5VLF

16、 35352R94W1VLED判決報警Di圖5報警用參考電路(3)鎖相環(huán)原理下圖為鎖相環(huán)電路原理圖。LM567是一片鎖相環(huán)電路，采用8腳雙列直插塑封。其、腳外接的電阻和電容決定了部壓控振蕩器的中心頻率f2，f2衣1/1.1RC其、腳通常分別通過一電容器接地，形成輸出濾波網絡和環(huán)路單級低通濾波網絡。腳所接電容決定鎖相環(huán)路的捕捉帶寬：電容值越大，環(huán)路帶寬越窄。腳所接電容的容量應至少是腳電容的2倍。腳是輸入端，要求輸入信號25mV腳是邏輯輸出端，其部是一個集電極開路的三 極管，允許最大灌電流為100mA。 LM567的工作電壓為 4.759V，工作頻率從直流到500kHz，靜態(tài)工作電流約 8mA。L

17、M567的部電路及詳細工作過程非常復雜，這里僅將其基 本功能概述如下：當 LM567的腳輸入幅度25mV頻率在其帶寬的信號時，腳由高電 平變成低電平，腳輸出經頻率/電壓變換的調制信號；如果在器件的腳輸入音頻信號，則在腳輸出受腳輸入調制信號調制的調頻方波信號。在圖4的電路中我們僅利用了LM567接收到相同頻率的載波信號后腳電壓由高變低這一特性，來形成對控制對象的控 制。鎖相環(huán)電路五、注意事項1、不得扳動面板上面元器件，以免造成電路損壞，導致實驗儀不能正常工作。2、 金色測試鉤說明：Ft為調制頻率測試點、Ff為光電二極管輸出放大信號測試點，Fy為整形后信號測試點、FC為鎖相環(huán)中心頻率測試點、GND

18、為系統(tǒng)接地點。六、實驗步驟1、 紅外發(fā)射二極管“L+ ” “L-”對應接入電路中發(fā)射部分“ L+ ” “L- ”；光電二極管“P+”“ P-”對應接入電路中接收部分“P-”“ P+”。2、 打開電源，示波器觀測Ft點波形，調節(jié)調制頻率調節(jié)旋鈕，使波形輸出為1比1方波。3、示波器觀測Ff點波形，調節(jié)增益調節(jié)使波形最好。4、示波器觀測Fy點波形，調節(jié)閾值調節(jié)旋鈕，使輸出方波波形最好，并記錄頻率。5、 示波器觀測Fc點波形，調節(jié)中心頻率調節(jié)旋鈕使波形頻率與Fy波形頻率相等。6、用手遮擋光路，觀測 LED發(fā)光二極管指示狀況。七、設計性實驗1紅外調制發(fā)射電路原理圖如下2、放大電路如下，調節(jié) RP3可以改

19、變放大電路增益，T12 T13為光電二極管輸入端。3、整形電路如下，調節(jié) RP4可以改變閾值電壓大小。44、鎖相環(huán)電路圖如下，改變 W4可以改變中心頻率。471T161TP6CON1八、思考題1、為了提高作用距離，光源調制頻率和占空比如何取值？2、當攔截光束的目標運動較快或較慢，接收電路和電路參數應如何考慮能保證正常報警。實驗四、紅外遙控設計實驗一、實驗目的1、了解紅外遙控原理2、了解掌握紅外遙控電路設計方法二、實驗容1、紅外遙控編解碼實驗2、4路遙控原理實驗3、設計性試驗三、實驗儀器1、光電創(chuàng)新實驗儀主機箱2、紅外遙控實驗模塊3、連接線4、示波器四、實驗原理PT2262/2272是普城公司生

20、產的一種CMOSE藝制造的低功耗低價位通用編解碼電路，PT2262/2272最多可有12位(A0-A11)三態(tài)地址端管腳(懸空，接高電平，接低電平),任意組合 可提供531441地址碼，PT2262最多可有6位(D0-D5)數據端管腳，設定的地址碼和數據碼從 17腳串行輸出，可用于無線遙控發(fā)射電路。編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號由：地址碼、數據碼、同步碼組成一個完整的碼字， 解碼芯片PT2272接收到信號后，其地址碼經過兩次比較核對后，相應的數據腳也輸出高電 平。PT2262特點：CMOST藝制造，低功耗、外部元器件少、RC振蕩電阻、工作電壓圍寬：2.6-15V、數據最多可達 6位、地址碼

21、最多可達 531441種。應用圍：車輛防盜系統(tǒng)、家庭防盜系統(tǒng)、遙控玩具、其他電器遙控引腳圖：管腳說明:名稱管腳說明A0-A111-8、10-13地址管腳，用于進行地址編碼，可置為“ 0”，“ 1”，“f” (懸空)，D0-D57-8、10-13數據輸入端，有一個為“ 1”即有編碼發(fā)出，部下拉Vcc18電源正端（+ ）Vss9電源負端（一）TE14編碼啟動端，用于多數據的編碼發(fā)射，低電平有效；0SC116振蕩電阻輸入端，與 0SC2所接電阻決定振蕩頻率；0SC215振蕩電阻振蕩器輸出端；Dout17編碼輸出端（正常時為低電平）在具體的應用中，外接振蕩電阻可根據需要進行適當的調節(jié)，阻值越大振蕩頻率

22、越慢,編碼的寬度越大，發(fā)碼一幀的時間越長。注意：下圖電路應用在無線遙控，如果在紅外遙控領域，需要芯片型號為PT2262-IR。10MKSIEJOILLP4. Jifl 4LliLb 1仙tl無線2竝地址4位址扯發(fā)財應劇svvzSW347k fl47 K VUIOJiTuiii f i<JHF HaniJ地址0數握發(fā)射應閘nin r)SC22&2解碼電路PT2272弓|腳圖:名稱管腳說明A0-A111-8、10-13地址管腳，用于進行地址編碼，可置為“ 0”，“ 1”，“f” （懸空）,必須與2262 一致，否則不解碼D0-D57-8、10-13地址或數據管腳，當做為數據管腳時，只

23、有在地址碼與 2262 一 致，數據管腳才能輸出與 2262數據端對應的高電平，否則輸出為 低電平，鎖存型只有在接收到下一數據才能轉換Vcc18電源正端（+ ）Vss9電源負端（一）DIN14數據信號輸入端，來自接收模塊輸出端OSC116振蕩電阻輸入端，與 OSC2所接電阻決定振蕩頻率；OSC215振蕩電阻振蕩器輸出端；VT17解碼有效確認輸出端（常低）解碼有效變成咼電平（瞬態(tài)）符號拿數菊圉單位電淋電氏 fX-0 .V1 5V輸入電壓Vi-C .1 Vec '0 3V輸岀電壓Vnll S Vct-iV說人功M? Vcc IOV :Pa驅iW工作遍度Topr：0 -?0Z貯睜溫度Tstg

24、fcr111 -125t參數符號SB試條卄Jft小值典型值星大值電憑也圧rJ5Y電濟:電漁loc斗我TO*據荷器停振 AO All !| 悴U C0 3H ADout輸出 驅功it潦V«=5； VnfrJY、mAO1IVcc-SY： Voti-4V-6mAVg«=101 Voii=e>V10mA叫輸岀T料話* -StVcc 5V Vol -3 Vni.Al<J|.Vce-SiV VO1 =4V5mAPS宅耐Vlc-IOV Xoi.-bV9dy旃州高電f0 7UVccV豪出低電平50tEJVcc廠2tosc _rmniuinnnmimLruirLMULnnrLJL

25、n_nr_nnjruinJ儉“(FKT廣位“r4a這" 滬爐時鐘拡落周期，位桿r*儀對陽地址冇殼司步也的快度是4個AD皆的菽度，皆一個1/8AD 雌度的脈沖桶詳反M樂f 用憫忡血如m押斗館口宜12Bi HH I位宣覽a地址碼和數據碼都用寬度不同的脈沖來表示，兩個窄脈沖表示“0”；兩個寬脈沖表示“ 1”； 一個窄脈沖和一個寬脈沖表示“ F”也就是地址碼的“懸空”上面是我們從超再生接收模塊信號輸出腳上截獲的一段波形，可以明顯看到，圖上半部分是一組一組的字碼，每組字碼之間有同步碼隔開，所以我們如果用單片機軟件解碼時， 程序只要判斷出同步碼，然后對后面的字碼進行脈沖寬度識別即可。圖下部分是放

26、大的一組字碼：一個字碼由12位AD碼(地址碼加數據碼，比如 8位地址碼加4位數據碼)組成，每 個AD位用兩個脈沖來代表：兩個窄脈沖表示“ 0”；兩個寬脈沖表示“ 1”； 一個窄脈沖和 一個寬脈沖表示“ F”也就是地址碼的“懸空”2262每次發(fā)射時至少發(fā)射 4組字碼，2272只有在連續(xù)兩次檢測到相同的地址碼加 數據碼才會把數據碼中的“ 1”驅動相應的數據輸出端為高電平和驅動VT端同步為高電平。因為無線發(fā)射的特點， 第一組字碼非常容易受零電平干擾，往往會產生誤碼，所以程序可以丟棄處理。策一字 + 第-宇 +DinT HXrTPT2272解碼芯片有不同的后綴，表示不同的功能，有L4/M4/L6/M6

27、之分，其中L表示鎖存輸出，數據只要成功接收就能一直保持對應的電平狀態(tài)，直到下次遙控數據發(fā)生變化時改變。M表示非鎖存輸出，數據腳輸出的電平是瞬時的而且和發(fā)射端是否發(fā)射相對應，可 以用于類似點動的控制。后綴的6和4表示有幾路并行的控制通道，當采用4路并行數據時(PT2272-M4)，對應的地址編碼應該是8位，如果采用6路的并行數據時(PT2272-M6)，對應的地址編碼應該是 6位。PT2262/2272芯片的地址編碼設定和修改：在通常使用中，我們一般采用 8 位地址碼和 4 位數據碼，這時編碼電路PT2262 和解碼PT2272的第18腳為地址設定腳， 有三種狀態(tài)可供選擇：懸空、接正電源、接地三

28、種狀態(tài)，3的8次方為6561，所以地址編碼不重復度為 6561組，只有發(fā)射端PT2262和接收端 PT2272 的地址編碼完全相同，才能配對使用，遙控模塊的生產廠家為了便于生產管理，出 廠時遙控模塊的 PT2262和PT2272的八位地址編碼端全部懸空，這樣用戶可以很方便選擇各 種編碼狀態(tài)，用戶如果想改變地址編碼，只要將PT2262和PT2272的18腳設置相同即可，例如將發(fā)射機的PT2262的第1腳接地第5腳接正電源，其它引腳懸空，那么接收機的PT2272 只要也第 1 腳接地第 5 腳接正電源， 其它引腳懸空就能實現配對接收。 當兩者地址編碼完全 一致時，接收機對應的 D1D4端輸出約4V

29、互鎖高電平控制信號，同時VT端也輸出解碼有效高電平信號。 用戶可將這些信號加一級放大， 便可驅動繼電器、 功率三極管等進行負載遙 控開關操縱。五、注意事項1、不得扳動面板上面元器件，以免造成電路損壞，導致實驗儀不能正常工作。2、 地址編碼和地址解碼編碼方法：編解碼均為三態(tài)，高、低和懸空，分為上中下3 排，每 排對應地址位看模塊上標示。短接上兩排為低，下兩排為高，不短接則為懸空。六、實驗步驟1、 將模塊上紅外發(fā)射二極管的金色插孔 “ L+ ” “ L- ”通過連線連接至發(fā)射金色插孔 “ L+ ” “ L- ” , 紅外接收頭金色插孔 “GND ” “ VCC” “SIG” 通過連線連接至接收金色

30、插孔 “GND” “VCC”“ SIG ” （GCC GND 為接收頭的供電端，SIG 為接收頭的信號輸出端） 。2、 “ TE”分別設為3態(tài)，用示波器觀察編碼芯片PT226217腳輸出波形狀態(tài)。3、 “TE”分別設為低電平，按下4路控制任何一路開關，用示波器觀察接收頭 “SIG ”波形。4、 使用短路塊將編碼解碼設置相同狀態(tài)，按下4路控制任何一路開關，觀察 4路輸出只是 狀態(tài)。5、 使用短路塊將編碼解碼設置不同狀態(tài)，按下4路控制任何一路開關，觀察 4路輸出只是 狀態(tài)。6、分析紅外遙控原理。七、設計性實驗+5VR15100DLED9876543*2*1JCON98127346565784910

31、31 1122n13141Ve.'fl1516、1718CON9U170sc1 81 5D6djir1 rR2 J-R3 r、R4R5 占 R6 ru+5VD3 D4 D54 143R8RES2+5VRES2 RES2 RES2 RES2 RES2 RES2 RES2 RES2R1 2RES2nR9 rR10 rI R1 1RES21 !RES2上圖為編碼發(fā)射電路。 U1為芯片PT2262,在沒有按鍵按下時，U1不通電，任意按鍵按 下時，+5V通過二極管4148后為芯片供電，這樣設計可以降低產品功耗。U1輸出波形通過三極管Q1調制到紅外發(fā)射二極管上。 3排9針插針用來對芯片進行 3態(tài)編

32、碼。下圖為接收解碼電路。U2為芯片PT2272,紅外接收頭接收到得信號經過三極管Q2驅動后送入芯片PT2272輸入端，3排8針插針用來對芯片進行 3態(tài)編碼。本實驗手冊提供的原理圖為4路編解碼原理，同學們有興趣可以根據芯片原理設計相應其它路數的遙控。八、思考題分析紅外接收頭SM0038原理。實驗五、PSD位移測試設計實驗一、實驗目的1、了解PSD位置傳感器工作原理及其特性2、了解并掌握PSD位置傳感器測量位移的方法3、了解并掌握PSD位置傳感器輸出信號處理電路原理、實驗容1、一維PSD光學系統(tǒng)組裝調試實驗2、PSD輸出信號處理實驗3、PSD輸出信號誤差補償實驗4、PSD測位移原理實驗5、設計實驗

33、三、實驗儀器1、光電創(chuàng)新實驗儀主機箱2、PSD位移測試模塊3、連接線4、萬用表四、實驗原理PSD為一具有PIN三層結構的平板半導體硅片。其斷面結構如圖1所示，表面層P為感光面，在其兩邊各有一信號輸入電極，底層的公共電極是用與加反偏電壓。當光點入射到PSD表面時，由于橫向電勢的存在，產生光生電流I 0，光生電流就流向兩個輸出電極，從而在兩個輸出電極上分別得到光電流I1和I2，顯然Io I1 I2。而11和12的分流關系則取決于入射光點到兩個輸出電極間的等效電阻。假設PSD表面分流層的阻擋是均勻的，則PSD可簡化為圖2所示的電位器模型，其中 R1、R2為入射光點位置到兩個輸出電極間的等效電阻，顯然

34、R,、R2正比于光點到兩個輸出電極間的距離。輸岀電極11入射光I公共電極I12R1R212RLRLFvRL_圖 11-2因為1 / I 2 = R2 / R 10 = I 1 + I 2(L-X)/ L+X)所以可得I i = I 0 （L-X） /2LIi = I 0 （L+X） /2LX= （ I 2 - I i / I 0）L當入射光恒定時，I0恒定，則入射光點與 PSD中間零位點距離 X與I2 I,成線性關系，與 入射光點強度無關。通過適當的處理電路，就可以獲得光點位置的輸出信號。五、注意事項1、激光器輸出光不得對準人眼，以免造成傷害。2、激光器為靜電敏感元件，因此操作者不要用手直接接

35、觸激光器引腳以及與引腳連接的任何測試點和線路，以免損壞激光器。3、不得扳動面板上面元器件，以免造成電路損壞，導致實驗儀不能正常工作。六、實驗步驟1、 將激光器引線紅色接模塊上 +5V金色插孔，黑色接GND5金色插孔。PSD后金色插孔“ 11 ”“I2 ”為PSD電流輸出，對應接到金色插孔“T6” “T8”，PSD后金色插孔“ C”為PSD供電端，對應接到金色插孔“ T4”。2、 將PSD傳感器實驗單元電路連接起來：“ T7”接“ T10” “ T9”接“T12” “ T13”接“ T14”“T15”接“ T16”， “ T17'接“ T118”對應接到萬用表電壓檔正負極，用來測量輸出電

36、壓。3、打開主機箱電源開關，打開模塊上電源開關，實驗模塊開始工作。調整測微頭，使激光光點能夠在PSD受光面上的位置從一端移向另一端，最后將光點定位在 PSD受光面上的正中間位置（目測），調節(jié)零點調整旋鈕，使電壓表顯示值為0。轉動測微頭使光點移動到PSD受光面一端，調節(jié)輸出幅度調整旋鈕，使電壓表顯示值為3V或-3V左右。4、 從PSD一端開始旋轉測微頭，使光點移動，取X= 0.5mm即轉動測微頭一轉。讀取電 壓表顯示值，填入表 1,畫出位移-電壓特性曲線。表1 PSD傳感器位移值與輸出電壓值位移量（mrj）00.511.522.533.5輸出電壓（V）位移量（mrj）44.555.566.577

37、.5輸出電壓（V）5、根據表1所列的數據，計算中心量程 2mm 3mm 4mml時的非線性誤差七、設計性實驗1、PSD供電電路如下圖2、PSD輸出處理電路如下圖，原理：運算放大器 U4AU4B完成PSD兩路電流輸出N變 換；U5A為加法電路，對兩路輸出進行加法運算，用來驗證PSD兩路輸出之和不隨光電位置變化而改變；U5B為減法電路，實現PSD位移測量；U3A為放大電路，W1用來調節(jié)放大增益。 U3B為調零電路，通過調節(jié) W2阻值大小進行電路調零。八、思考題試分析一下二維PSD的工作原理。實驗六 、熱釋電報警器設計實驗一、實驗目的1、了解熱釋電傳感器的工作原理及其特性2、了解并掌握熱釋電傳感器信

38、號處理方法及其應用3、了解并掌握超低頻前置放大器的設計二、實驗容1、熱釋電傳感器系統(tǒng)安裝調試實驗2、熱釋電傳感器信號處理實驗（1）超低頻放大電路實驗（2）窗口比較電路實驗（3）延時開關量輸出實驗（4）延時時間控制實驗3、設計性實驗三、實驗儀器1、光電創(chuàng)新實驗儀主機箱2、熱釋電報警器模塊3、連接線4、萬用表四、實驗原理1、熱釋電探測器簡介 熱釋電探探器是一種利用某些晶體材料自發(fā)極化強度隨溫度變化所產生的熱釋電效應 制成的新型熱探測器。 當晶體受輻射照射時， 由于溫度的改變使自發(fā)極化強度發(fā)生變化， 結 果在垂直于自發(fā)極化方向的晶體兩個外表面之間出現感應電荷， 利用感應電荷的變化可測量 光輻射的能量

39、。 因為熱釋電探測器輸出的電信號正比于探測器溫度隨時間的變化率， 不像其 他熱探測器需要有個熱平衡過程， 所以其響應速度比其它熱探測器快得多， 一般熱探測器典 型時間常數值在1O.01s圍，而熱釋電探測器的有效時間常數低達1043x105s。雖然目前熱釋電探測器在比探測率和響應速度方面還不及光子探測器，但由于它還有光譜響應圍 寬，較大的頻響帶寬，在室溫下工作無需致冷，可以有大面積均勻的光敏面，不需要偏壓， 使用方便等優(yōu)點而得到日益廣泛的應用。2、熱釋電效應某些物質 （ 例如硫酸三甘肽、鈮酸鋰、鈮酸鍶鋇等晶體）吸收光輻射后將其轉換成熱能，這個熱能使晶體的溫度升高， 溫度的變化又改變了晶體晶格的間

40、距， 這就引起在居里溫度以 下存在的自發(fā)極化強度的變化， 從而在晶體的特定方向上引起表面電荷的變化， 這就是熱釋 電效應。在 32 種晶類中，有 20 種是壓電晶類，它們都是非中心對稱的，其中有10 種具有自發(fā)極化特性，這些晶類稱為極性晶類。對于極性晶體，即使外加電場和應力為零，晶體正、負 電荷中心并不重合， 因而具有一定的電矩， 也就是說晶體本身具有自發(fā)極化特性， 所以單位 體積的總電矩可能不等于零。 這是因為參與晶格熱運動的某些離子可同時偏離平衡態(tài)， 這時 晶體中的電場將不等于零， 晶體就成了極性晶體。 于是在與自發(fā)極化強度垂直的兩個晶面上 就會出現大小相等、 符號相反的面束縛電荷， 極性

41、晶體的自發(fā)極化通常是觀察不出來的， 因為在平衡條件下它被通過晶體部和外部傳至晶體表面的自由電荷所補償。極化的大小及由此而引起的補償電荷的多少是與溫度有關的。如果強度變化的光輻射入射到晶體上，晶體溫度便隨之發(fā)生變化，晶體中離子間的距離和鏈角跟著發(fā)生相應的變化，于是自發(fā)極化強度也隨之發(fā)生變化，最后導致面束縛電荷跟著變化，于是晶體表面上就出現能測量出的電荷。3、熱釋電探測器工作原理當已極化的熱電晶體薄片受到輻射熱時候，薄片溫度升高，極化強度下降，表面電荷減少，相當于”釋放”一部分電荷，故名熱釋電。釋放的電荷通過一系列的放大，轉化成輸出電壓。如果繼續(xù)照射，晶體薄片的溫度升高到Tc（居里溫度）值時，自發(fā)

42、極化突然消失。不再釋放電荷，輸出信號為零，見圖1。FS電極P熱電體因此，為A的熱釋電晶體受到調制加熱，而使其溫度要有變化量）T發(fā)生微小變化時，就有熱釋電電流圖1。當面積i。A為面積，F為熱電體材AFdTdtdT 料熱釋電系數，是溫度的變化率。dt五、注意事項1、不得隨意搖動和插拔面板上元器件和芯片，以免損壞，造成實驗儀不能正常工作。2、實驗完成后相關器件放回指定存放位置。3、在使用過程中，出現任何異常情況，必須立即關機斷電以確保安全。4、相關信號測量可使用萬用表。六、實驗步驟1、 將實驗模塊上的金色插孔“ D' “S”和“G'對應用導線連接（熱釋電傳感器接入電路，D為熱釋電傳感

43、器供電端，S為熱釋電傳感器輸出端，G為熱釋電傳感器地），“01”為熱釋電傳感器輸出信號測試點，“02為超低頻放大電路輸出端，“ VH “ VL”分別為窗口比較電路上下限電壓測試點，“03”為窗口比較電路輸出信號測試點，“04”為延時電路輸出信號測試點。2、 數字萬用表黑色表筆接地（ GND,紅色表筆接熱釋電紅外探頭“ 01”端，選擇直流電壓 2V檔。打開實驗箱電源，觀察萬用表數值變化，約2分鐘左右，直至數值趨于穩(wěn)定，實驗 儀開始正常工作。3、 用手在紅外熱釋電探頭端面晃動時，探頭有微弱的電壓變化信號輸出（可用萬用表測量）c經超低頻放大電路放大后，萬用表選擇直流電壓20V檔，通過萬用表可檢測到

44、“02'輸出端輸出的電壓變化較大。再經電壓比較器構成的開關電路和延時電路（延時時間可以通過電位器調節(jié)），使指示燈點亮。觀察這個現象過程。通過調節(jié)“靈敏度調節(jié)”電位器，可以調整熱釋電紅外探頭的感應距離。七、設計性實驗原理圖如下圖：+5V 電源通過電阻 R5和電容E4后給熱釋電傳感器供電。 熱釋電傳感器輸出信號 01經 過U1A U1B組成的超低頻放大電路后由U1B的7腳輸出02（超低頻放大后信號），RP2用來調節(jié)靈敏度。02輸出到U1C U1D組成的窗口比較電路，與上下限電壓VH VL進行比較，輸出高低電平。當 02信號電壓值在窗口比較電路上下限電壓之間時，輸出電平無變化，03輸出低電平

45、，當 02信號電壓值在窗口比較電路上下限電壓之外時，03輸出高電平，這個電平跳變輸入到有 U2組成的延時電路，延時電路輸出 04由低電平跳變?yōu)楦唠娖讲⒊掷m(xù)一段時 間，持續(xù)時間長短可以通過調節(jié)RP2來改變。持續(xù)時間過后，04輸出低電平。04輸出驅動后面的LED驅動電路使LED發(fā)光。04為高電平時,LED發(fā)光，反之LED不發(fā)光。八、思考題1、在通常情況下，熱釋電紅外傳感器都會配合菲涅爾透鏡使用，請想一下菲涅爾透鏡的作 用是什么？2、簡述熱釋電紅外探測器的使用場合。實驗七 、光電轉速計設計實驗一、實驗目的1、了解光開關對射式的工作原理及其特性2、了解并掌握使用光開關測量轉速的原理及方法二、實驗容1、

46、對射式光開關實驗2、對射式光開關轉速測量實驗3、設計性實驗三、實驗儀器1、光電創(chuàng)新實驗儀主機箱2、光電轉速里程測量模塊3、連接線4、示波器四、實驗原理1、光電耦合器件的含義和特點1.1 光電耦合器件的含義在工業(yè)檢測、 電信號的傳送處理和計算機系統(tǒng)中， 常用繼電器、 脈沖變壓器和復雜的電 路來實現輸入、 輸出端裝置與主機之間的隔離、開關、匹配和抗干擾等功能。而繼電器動作 慢、有觸點工作不可靠；變壓器體積大，頻 帶窄，所以它們都不是理想的部件。隨著光電技術的發(fā)展， 70 年代以后出現了一種新的功 能器件光電耦合器件。它是將發(fā)光器件 (LED) 和光敏器件 (光敏二、三極管等 )密封裝在 一起形成的

47、一個電光電器件，如下圖所示。把發(fā)光器件與光敏器件封裝在一起構成光電耦臺器件這種器件在信息的傳輸過程中是用光作為媒介把輸入邊和輸出邊的電信號耦合在一起 的，在它的線性工作圍，這種耦合具有線性變化關系。由于輸入邊和輸出邊僅用光來耦合， 在電性能上完全是隔離的。因此，光電耦臺器件的電隔離性能、線性傳輸性能等許多特性， 都是從“光耦合” 這一基本特點中引伸出來的。 故有人把光電耦合器件也稱為光電隔離器或 光電耦合器。這些名稱的共同點都是為了突出 “光耦合” 這一基本特匪，這也是它區(qū)別于其 它器件的根本特征。 由于這種器件是一個利用光耦合做成的電信號傳榆器件 所以一般稱為 光電耦合器件。1.2 光電耦合

48、器件的特點具有電隔離的功能。 它的輸入、 輸出信號間完全沒育電路的聯系， 所以輸入和輸出回路 的電平零位可以任意選擇。 絕緣電阻高達10101012歐姆，擊穿電壓高到100 一 25kv，耦合 電容小到零點幾個皮法。信號傳榆是單向性的，不論脈沖、直流都可以使用。適用于模擬信號和數字信號。 具有抗干擾和噪聲的能力。 它作為繼電器和變壓器使用時， 可以使線路板上看不列磁性 元件。它不受外界電磁干擾、電源干擾和雜光影響。響應速度快。一般可達微秒數量級，甚至納秒數量級，它可傳輸的信號頻率在直流和 10MHz 之間。使用方便， 具有一般固體器件的可靠性， 體積小， 重量輕， 抗震， 密封防水， 性能穩(wěn)定

49、， 耗電省，成本低。工作溫度圍在55C+100 C之間。由于光電耦合器件性能上的優(yōu)點，使它的發(fā)展非常迅速；目前，光電耦臺器件在品種 上有 8 類 500 多種。它已在自動控制、遙控遙測、航空技術，電子計算機和其它光電、電子 技術中得到廣泛的應用。1.3 光電耦合器件的重要優(yōu)點之一就是能強有力地抑制尖脈沖及各種噪音等的干擾傳輸信 懇大提高了信噪比。光電耦合器件之所以具有很高的抗干擾能力，主要有下面幾個原因。 光電耦臺器件的輸入阻抗很低，一般為101k歐姆；而干擾源的阻一般都根大，一般為 1K1M 歐姆。按一般分壓比的原理來計算，能夠饋送到光電耦合器件輸入端的干擾噪 聲就變得很小了。 由于一般干擾

50、噪聲源的阻都很大，雖然也能供給較大的干擾電壓 伹可供出的能量卻很小，只能形成很微弱的電流。 而光電耦合器件輸入端的發(fā)光二極管只有在通過一定的電流 時才能發(fā)光。因此， 即使是電壓幅值很高的干擾， 由于沒有足夠的能量，不能使發(fā)光二極管 發(fā)光，從而被它抑制掉了。 光電耦合器件的輸入輸出邊是用光耦合的，且這種耦合又是在一個密封管殼進行 的，因而不會受到外界光的干擾。 光電耦合器件的愉入輸出間的寄生電容很?。ㄒ话銥?.6 2pF,絕緣電阻又非常大（一般為 10111013歐姆），因而輸出系統(tǒng)的各種干擾噪音很難通過光電耦合器件反饋到輸入 系統(tǒng)中去。2、光電耦合開關光電耦合開關又分為對射式和反射式兩種， 對

51、射式光電耦合開關的紅外發(fā)射直接照射光 敏器件，反射式光電耦合開關的紅外發(fā)射需要通過開關前物體擋住從而使紅外光反射到光敏 器件上。本實驗使用對射式光電開關測量電動機轉動速度。五、注意事項1、不得隨意搖動和插拔面板上元器件和芯片，以免損壞，造成實驗儀不能正常工作。2、在使用過程中，出現任何異常情況，必須立即關機斷電以確保安全。六、實驗步驟1、 電機驅動電路輸出“ M+” “ M- ”用連線對應接到電動機的“M+” “ M- ”，對射式光電開 關的“ L+”“L-”“P+”“P-” 用連線對應接到電路上“ L+” L-”“P+”“P-”。2、 示波器探頭測量電路輸出“F”“GND ”。 轉速調節(jié)旋鈕

52、“ W1 ”左旋到底，此時電動機 不轉動。3、 打開電源開關，調節(jié)紅外發(fā)射管限流電阻“ W2”和光敏器件負載電阻“ W3”，用手轉動 轉盤，直至光電開關發(fā)射和接收透過轉盤時圓孔和被遮住時示波器上顯示高低電平跳變，調節(jié)轉速調節(jié)旋鈕“ W1 ”直至電機轉動，觀察示波器輸出波形，記錄頻率。4、 計算電機轉速。注意轉盤上有6個圓孔，轉盤每轉動一周產生6個輸出脈沖。5、實驗完畢，關閉電源，拆除連線。七、設計性實驗1、下圖為電機調速電路原理圖：直流電動機的轉速與家在電動機兩端的電壓成正比，電壓 越高，轉速越快。該電路采用電壓反饋方式控制電動機的轉速，NE555為比較器工作方式,3腳輸出電壓的占空比受 2腳電壓的控制，調節(jié) W1可以設定電動機的轉速。當電動機兩端 電壓增大時，其轉速超過設定的轉速，此時R1上電壓降增大，該壓降饋送到 NE555的2腳,Q1導通時間縮短，加到電動4