光电技术创新综合实训平台实验指导
目录
实验一光敏电阻光控开关系统设计实验
实验二光敏电阻光控灯系统设计实验
实验三热释电报警系统设计实验
实验四光电报警系统设计实验
实验五太阳能充电系统设计实验
实验六硅光电池光照度计系统设计实验
实验七简易光功率计设计实验
实验八红外遥控器系统设计实验
实验九红外体温计系统设计实验
实验十四象限位置测量系统设计实验
实验十一对射式、反射式光电耦合开关里程表和光电转速计系统设计实验
实验十二光电测距系统设计实验
实验十三基于R、G、B颜色识别系统设计实验
实验十四光纤烟雾报警及浓度显示系统设计实验
实验十五光纤位移测量系统设计实验
实验十六光纤微弯称重系统设计实验
实验十七线阵CCD驱动系统设计实验
实验十八大功率LED驱动系统设计实验
实验十九LED玩具系统设计实验
实验二十PSD位移测量系统设计实验
实验二十一数字温度计系统设计实验
实验二十二太阳能节能台灯系统设计实验
实验二十三音频信号的光源调制解调设计实验
实验二十四光电指纹识别系统设计实验
附录一TCDSUP手册
附录二单片机STC89C52程序下载方法
附录三STM32F程序下载方法
实验一光敏电阻光控开关系统设计实验
一、实验目的
1、掌握光敏电阻工作原理；
2、掌握三极管的开关特性；
3、掌握5V继电器工作原理；
4、掌握运算放大器LM的使用方法；
二、实验器材
1、MXY光电技术创新综合实训平台1台；
2、MXY-光控灯和光控开关系统组件1块；
3、光源实验装置2个，光电探测装置1个；
4、发光二极管2个；
5、光敏电阻1个；
6、滑块3个；
7、支杆3个；
8、连接线若干；
三、实验原理
1、光敏电阻工作原理
光敏电阻的工作原理是基于内光电效应，在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到一定波长的光线照射时，电流就会随光强的增大而变大，从而实现光电转换。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，也加交流电压。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。
2、NPN特性
三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区。是一种NPN型小功率三极管。
NPN工作在放大区的条件：集电结加反向电压，发射结加正向电压；
NPN工作在饱和区的条件：集电结加正向电压，发射结加正向电压；
NPN工作在截止区的条件：集电结加反向电压，发射结加反向电压；
3、5V继电器工作原理
欧姆龙5V继电器采用的是8引脚封装，下图中的1和16表示继电器触发端，4，6，8为一组信号控制端，4为输入端，6为常闭触点，8为常开触点；同理13，11，9为第二组信号控制端，13为输入端，11为常闭触点，9为常开触电。在继电器没有触发条件下，4和6导通，4和8断开；13和11导通，13和9断开；在继电器触发条件下，4和6断开，4和8导通；13和11断开，13和9导通。
注：该继电器为电流触发器件，只有在控制端电流达到触发条件时，继电器才有动作，并不是说控制端电压只要达到5V就动作。
4、LM工作原理
LM是双运算放大器。内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。特性如下：
内部频率补偿
直流电压增益高(约dB)
单位增益频带宽(约1MHz)
电源电压范围宽：单电源(3—30V)
双电源(±1.5一±15V)
低功耗电流，适合于电池供电
低输入偏流
低输入失调电压和失调电流
共模输入电压范围宽，包括接地
差模输入电压范围宽，等于电源电压范围
输出电压摆幅大(0至Vcc-1.5V)
四、实验步骤
1、将光敏电阻插在光电探测装置的两端插孔中，由于光敏电阻没有正负极之分，插上即可，再利用支杆和滑块将光电探测装置安装在平台导轨上。
2、将发光二极管插在光源实验装置上，发光二极管管脚长的为正极，插在白色螺丝对应的插孔，短脚为负极，插在黑色螺钉对应的插孔，如图1.3所示。再利用支杆和滑块将光源装置安装在平台导轨上，如图1.4所示；在本实验中需要2组光源，一组用于给光敏电阻提供光源，另一组作为继电器动作的指示灯；因此要组装2套光源装置。
3、取出MXY-光控灯和光控开关系统组件，按照原理图搭建电路。
4、按照原理图检查电路，在保证没有错误的前提下接通实训平台电源；将光源装置（光源D2）与光电探测装置（光敏电阻R1）相对安放，将另一个光源装置（指示灯D1）单独安放。
5、调节光源D2电路中的滑动变阻器，使发光二极管逐渐调亮，光敏电阻阻值变小，同向运算放大器的正输入电压变小，LM的输出电压很小，三极管工作在截止状态，继电器不动作，7和5管脚是断开的，指示灯不亮；调节光源部分滑动变阻器，使发光二极管逐渐变暗，光敏电阻阻值急剧变大，LM输出电压接近5V，三极管导通，工作在饱和状态，继电器发生动作5和7导通，指示灯被点亮。
五、关机与结束
①将所测的数据及实验结果保存好，分析实验结果的合理性，如不合理，则应重新补做上述实验；若合理，可以进行关机；
②将实验平台的电源关掉，再将所用的配件放回配件箱；
③将实验所用仪器收拾好，再请指导教师检查，批准后离开实验室
实验二光敏电阻光控灯系统设计实验
一、实验目的
1、掌握光敏电阻工作原理；
2、掌握运算放大器LM的使用方法；
二、实验器材
1、MXY光电技术创新综合实训平台1台；
2、MXY-光控灯和光控开关系统组件1块；
3、光源实验装置2个、光电探测装置1个；
4、发光二极管2个；
5、光敏电阻1个；
6、滑块3个；
7、支杆3个；
8、连接线若干；
三、实验原理
1、光敏电阻工作原理
光敏电阻的工作原理是基于内光电效应，在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到一定波长的光线照射时，电流就会随光强的增大而变大，从而实现光电转换。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，也加交流电压。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。
2、LM工作原理
LM是双运算放大器。内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。特性如下：
内部频率补偿
直流电压增益高(约dB)
单位增益频带宽(约1MHz)
电源电压范围宽：单电源(3—30V)
双电源(±1.5一±15V)
低功耗电流，适合于电池供电
低输入偏流
低输入失调电压和失调电流
共模输入电压范围宽，包括接地
差模输入电压范围宽，等于电源电压范围
输出电压摆幅大(0至Vcc-1.5V)
四、实验步骤
1、将光敏电阻插在光电探测装置的两端插孔中，由于光敏电阻没有正负极之分，插上即可，再利用支杆和滑块将光电探测装置安装在平台导轨上；
2、将发光二极管插在光源实验装置上，发光二极管管脚长的为正极，插在白色螺丝对应的插孔，短脚为负极，插在黑色螺钉对应的插孔，如图2.3所示。再利用支杆和滑块将光源装置安装在平台导轨上，如图2.4所示；在本实验中需要2组光源，一组用于模拟太阳光给光敏电阻提供光源，另一组用于模拟路灯的指示灯；因此要组装2套光源装置。
3、取出MXY-光控灯和光控开关系统组件，按照原理图搭建电路。
4、按照原理图检查电路，在保证没有错误的前提下接通实训平台电源；将光源装置（光源D2）与光电探测装置（光敏电阻R1）相对安放，将另一个光源装置（指示灯D1）单独安放。
5、调节光源D2电路中的滑动变阻器，使光源逐渐变亮，光敏电阻阻值变小，LM同相输入端的串联分压减小，LM输出变小，指示灯变暗；反方向调滑动变阻器，使光源逐渐变暗，LM同相输入端串联分压增大，LM输出变大，指示灯变亮。
五、关机与结束
①将所测的数据及实验结果保存好，分析实验结果的合理性，如不合理，则应重新补做上述实验；若合理，可以进行关机；
②将实验平台的电源关掉，再将所用的配件放回配件箱；
③将实验所用仪器收拾好，再请指导教师检查，批准后离开实验室。
实验三热释电报警系统设计实验
一、实验目的
1、了解热释电工作原理及特性；
2、掌握热释电传感器信号的处理方式；
3、掌握本实验中IN的使用方法；
4、掌握运放LF的使用方法；
5、进一步掌握5V继电器的工作原理；
6、进一步掌握NPN的开关特性；
二、实验器材
1、MXY光电技术创新综合实训平台1台；
2、MXY-热释电报警系统组件1块；
3、连接线若干。
三、实验原理
1、REB
REB是传感器的一种，它采用热释电材料的极化随温度变化的特性探测红外辐射，并配合双灵敏元互补方法抑制温度变化产生的干扰，提高了传感器的工作稳定性。
参数如下：
REB灵敏元面积2.0×1.0mm
输出信号2.5V
(°k黑体1Hz调制频率0.3-3.0Hz带宽72.5db增益)
(mVp-p)(25℃)
平衡度20%
工作电压2.2-15V
工作电流8.5-24μA
(VD=10V,Rs=47kΩ,25℃)
源极电压0.4-1.1V
(VD=10V,Rs=47kΩ,25℃)
工作温度-20℃~+70℃
保存温度-35℃~+80℃
视场°×°
2、5V继电器工作原理
欧姆龙5V继电器采用的是8引脚封装，下图中的1和16表示继电器触发端，4，6，8为一组信号控制端，4为输入端，6为常闭触点，8为常开触点；同理13，11，9为第二组信号控制端，13为输入端，11为常闭触点，9为常开触电。在继电器没有触发条件下，4和6导通，4和8断开；13和11导通，13和9断开；在继电器触发条件下，4和6断开，4和8导通；13和11断开，13和9导通。
注：该继电器为电流触发器件，只有在控制端电流达到触发条件时，继电器才有动作，并不是说控制端电压只要达到5V就动作。
3、LF管脚定义如下：
4、NPN特性
三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区。是一种NPN型小功率三极管。
NPN工作在放大区的条件：集电结加反向电压，发射结加正向电压；
NPN工作在饱和区的条件：集电结加正向电压，发射结加正向电压；
NPN工作在截止区的条件：集电结加反向电压，发射结加反向电压。
四、实验步骤
1、取出MXY-热释电报警系统组件，按照原理图搭建电路
2、按照原理图检查电路，在保证没有错误的前提下接通实训平台电源
3、把手放在REB上，由于温度急剧变化，REB会产生一个电压信号。该信号经过LF放大后，去控制NPN，使得NPN工作在饱和状态，继电器动作，蜂鸣器报警。保持手放在REB上一会后，手和REB温度逐渐相同时，也就是REB没有温度变化时，REB没有电压输出，蜂鸣器不再发出报警信号。
4、缓慢的温度变化使REB输出电压很小，不会触发报警信号。
5、如果条件允许，在上述电路中，把电烙铁放在REB附近，接通电烙铁的电源，电烙铁的温度缓慢升高，在这种情况下是不会触发报警信号的；如果把加热一段时间的电烙铁突然放在REB附近，将会触发报警信号。
五、关机与结束
①将所测的数据及实验结果保存好，分析实验结果的合理性，如不合理，则应重新补做上述实验；若合理，可以进行关机；
②将实验平台的电源关掉，再将所用的配件放回配件箱；
③将实验所用仪器收拾好，再请指导教师检查，批准后离开实验室。
实验四光电报警系统设计实验
一、实验目的
1、掌握光敏三极管的特性及应用；
2、掌握门电路的设计方法；
3、认识七段四线译码器74LS；
4、掌握共阳极数码管的电路设计；
二、实验器材
1、MXY光电技术创新综合实训平台1台；
2、MXY-光电报警器系统组件1块；
3、光源实验装置2个；
4、光电探测装置2个；
5、光敏三极管2个；
6、发光二极管2个；
7、滑块4个；
8、支杆4个；
三、实验原理
1、光敏三极管
光敏三极管（Phototransistor）和普通三极管相似，也有电流（Current）放大作用，只是它的集电极电流不只是受基极电路和电流控制，同时也受光辐射的控制。通常基极不引出，但一些光敏三极管的基极有引出，用于温度补偿（Temperature
