光电传感器及应用重点

-1-教学单元（学习情境）5授课说明学习领域名称：光电传感器及应用授课教师：课程总学时：64教学单元5：光电传感器及应用学时数：12累计学时：38授课时间安排与执行记录授课班级授课地点授课日期资讯1.5计划0.5决策0.5实施2.5检查0.5评估0.5参考资料PPT、网络资源《传感器技术》教材教学方法宏观：引导文法微观：见下教学目标知识目标：1.熟悉光电效应及其分类2.了解光电传感器工作原理3.熟悉热释电红外传感器的工作原理4.掌握热释电红外报警器的设计5.掌握光电转速计的设计6.掌握寻迹小车的设计技能目标：1.利用热释电红外传感器和单片机设计报警器2.能使用Proteus+KeilC仿真3.能使用Proteus或protel绘制PCB图4.学习产品的制作与调试态度目标：1.培养学生的沟通能力及团队协作精神2.养成良好的职业道德3.提高质量、成本、安全、环保意识重点：1.光电元件的主要特性和特点2.热释电红外报警器的设计与制作3.光电转速计的设计与制作4.寻迹小车的设计与制作难点：1.热释电红外传感器的工作激励2.热释电红外报警器的设计资讯：1.5学时（注：1学时=45min，下同）-2-教学提纲主要内容教学资源及工具教学方法参考时间备注1．目标描述下发设计任务书，描述项目学习目标实物展示、PPT设计任务书讲授法演示法5min下发引导文2．布置任务1）交代项目任务2）发放相关学习资料PPT讲授法演示法5min3.学习光电传感器的理论知识1）讲授光电效应概念和分类2）讲授光电传感器的组成和工作原理3）演示Proteus+KeilC软件的使用PPT计算机及Proteus软件讲授法演示法模仿法40min与练习题配合4．热释电红外报警器工作原理分析1）学生在老师的指导下分析热释电红外报警器工作原理2）各学生根据项目需要，查找相关资料。投影仪PPT分析法讲解法小组讨论法15min5．回答学生提问回答学生提问PPT讨论法5min计划：0.5学时教学提纲主要内容教学资源及工具教学方法参考时间备注1．项目分组分配工作小组，开展项目，制订小组工作计划花名册讨论法10min2．制定项目执行计划1）以小组为单位，讨论全加器的设计方案，分配设计任务。2）教师对方案进行指导设计任务书头脑风暴法小组讨论法15min决策：0.5学时教学提纲主要内容教学资源及工具教学方法参考时间备注1．原理图输入的热释电红外报警器的设计方案确定1）分组讨论修改方案，确定全加器的整体设计方案2）教师指导项目设计任务书方案、计划初稿多媒体设备演示法项目法小组合作法15min-3-2．项目工作计划的确定1）分组讨论修改项目工作计划，师生、小组内多次交流互动，达成一致纸、笔、电脑小组合作法10min实施：2.5学时教学提纲主要内容教学资源及工具教学方法参考时间备注1．Proteus软件的原理图设计输入1）学生完成热释电红外报警器的Proteus原理图设计输入2）教师指导PPT计算机及Proteus软件实际操作法20min学生在实施过程中的每个步骤进行自查，及时修正。并进行工作情况记录。2．Proteus+KeilC软件的综合、编译及下载设置1）按设计流程完成电路的综合、编译。2）按照给定管脚号对设计进行管脚分配。3）完成下载设置及下载计算机及Proteus+KeiC软件学习开发套件项目教学法15min3．产品的制作调试1）学生完成对热释电红外报警器电路的制作调试2）列写调试方法及步骤3）记录发现的问题和解决问题的方法计算机及KeilC软件学习开发套件万用表试验法75min检查：0.5学时教学提纲主要内容教学资源及工具教学方法参考时间备注1．质量检验全加器功能检验学习开发板万用表测试法15min2．填写检查单学生填写检查单项目检查单评价法10min评估：0.5学时教学提纲主要内容教学资源及工具教学方法参考时间备注-4-1．过程与结果评价1）自评：学生对本项目的整个实施过程进行评价2）互评：以小组为单位，分别对其他组做的工作结果进行评价和建议3）教师评价：教师对学生汇报及成结果进行评价，指出每个小组极其成员的优点，并提出改进建议项目评价表学生自做汇报PPT计算机投影仪讲解法讨论法15min教师就节能、环保、安全等问题提出建议2．资料整理和提升1．学生项目准备过程中收集的电子与纸质资料2．项目设计文件的整理3．工作过程手册的填写完善多媒体演示U盘工作过程手册演示法讨论法10min学习情境（项目）小结-5-讲稿格式：教学单元（项目）5一、资讯：1．下发项目任务：项目实施任务书-热释电红外报警器制作，任务书见附录1项目实施任务书-光电转速计制作，任务书见附录1项目实施任务书-寻迹小车制作，任务书见附录12．布置任务1）交代项目任务2）发放相关学习资料热释电红外报警器制作，学习资料见附录2光电转速计制作，学习资料见附录2寻迹小车制作，学习资料见附录23．热释电红外报警器/光电转速计/寻迹小车设计的软硬件基本知识1）光电效应及其分类2）光电传感器组成及其工作原理4．热释电红外报警器/光电转速计/寻迹小车原理分析1）组成和工作原理2）原理图设计3）软件框图设计及其代码编写二、计划：1．项目分组每2人1组，每人制作1块电路板，可以共同合作讨论设计、布局、制作和调试）2．制定项目执行计划执行计划样本见附录3三、决策1.确定项目执行计划2.清点配件，包括数量和好坏的检测3.小组成员按照电子产品生产管理模式分配工作任务-6-四、实施实施记录文件（工作单、记录表等）五、检查检查标准检查单六、评估1．评价表2．资料整理要求（附：将以上资料执行的先后次序附于此页后。如果资料是一本完整的书，可将整个书附在教案后）-7-附录1：项目实施任务书-热释电红外报警器/光电转速计/寻迹小车制作附录2：学习资料-热释电红外报警器/光电转速计/寻迹小车制作附录3：执行计划样本附录4：实施记录文件项目实施任务书热释电红外报警器制作项目描述随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到很大的提高，对私有财产的保护意识在不断的增强，因而对防盗措施提出了新的要求。本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统，产品功能如下：(1)该设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制、报警等模块子函数。(2)本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LED控制电路及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警等功能。终端由中央处理器、输入模块、输出模块、通信模块、功能设定模块等部分组成。(3)系统可实现功能。当人员外出时，可把报警系统设置在外出布防状态，探测器工作起来,当有人闯入时，热释电红外传感器将探测到动作，设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL电平至AT89C51单片机，经单片机处理运算后驱动执行报警电路使警号发声[1]。(4)红外线具有隐蔽性，在露天防护的地方设计一束红外线可以方便地检测到是否有人出入。此类装置设计的要点：其一是能有效判断是否有人员进入；其二是尽可能大地增加防护范围。当然，系统工作的稳定性和可靠性也是追求的重要指标。至于报警可采用声光信号。要求：1.每2人1组，每人制作1块电路板，可以共同合作讨论设计、布局、制作和调试。2.绘制电路原理图和走线图。3.编制设计开发文档和制作工艺文件。目标：通过本次电路的制作，要求学员能够：1.熟悉光电传感器和热释电红外传感器的工作原理。2.掌握热释电红外报警器的工作原理和过程。3掌握电阻、电容、二极管、三极管、热释电红外传感器的选用、识别与检测方法。-8-4.熟悉熟练焊接技术。5.了解元件布局的工艺要求。6.了解连线的走线工艺要求。6.掌握装配设计开发文档和工艺文件的编制。项目资讯1、什么是光电效应？它可分为哪几类？2、常见二极管是如何分类的？本电路中的二极管是何种类？如何测试？3、常见三极管是如何分类的？本电路中的三极管是何种类？引脚如何分布？-9-4、如何用万用表区分三极管的e，b，c三极？5、产品中为什么要加菲涅尔透镜？6、从测量对象与功能来看，热释电红外传感器的特点是什么？原理图与PCB图设计一、原理图及其仿真结果-10-二、PCB图-11-制作准备一、元件明细表请根据电路图将元器件填入元器件明细表，并根据明细表领取相应元器件及万能电路板。二、仪表与工具在制作电路之前应准备好以下仪表与工具：（1）仪表：万用表。（2）工具：恒温焊台、电烙铁（架）、焊锡、松香、镊子、斜口钳等。三、教学材料（1）教材：《传感器技术》、《传感器应用》资源库（2）教学资源：教学课件、引导文、元器件加工工艺卡等电路制作一、元件识别在电路制作之前，应按照原理图及元件清单，将下发的元器件与清单中的元件一一对应，并保证所用的元器件的性能良好。元件的识别方法请参考教材。二、规划元件布局通常，应根据电路板的尺寸及选用元器件的型号、规格等进行布局。并且电路板上所有元器件的排列应均匀、整齐、紧凑，位于电路板边缘的元器件离边缘的距离应大于2mm。元件布局应使走线方便，不出现交叉，方便电路的调试。三、电路走线规划好元器件布局后，需要在元器件布局的基础上完成电路的走线。走线时应注意横平竖直，走线最短，不走斜线，不能交叉。-12-四、元器件成形与焊接根据元器件的布局，将绘制的电路连线图贴在万能板元件面，再将所有元器件成形插入相应位置，并用电烙铁焊接固定好。插放元器件时应注意元件的参数、极性，不能接错。相似元件（如电阻与电阻，电容与电容等）的高度应保持一致。反面过长的引脚可剪掉，或保留作为连线使用。然后按照绘制好的电路连线图，完成电路线路的焊接。五、编制装配工艺文件依照刚才的元器件成形及装配过程，编制元器件加工工艺卡、设计文档。总结与提高一、自我总结1.请总结你在整个任务完成过程中做得好的是什么？还有什么不足？有何打算？-13-2.你在整个任务完成过程中出现了哪些问题？你是如何解决的？你还有什么问题不能解决？二、拓展提高1、通过查找资料等方式，了解光电传感器的发展。2、查找资料，了解目前主流的光电传感器有哪些。3、制作与测试红外报警器。-14-考核与评价1．自我评价个人签字：日期：2．组长评价组长签字：日期：3．教师评价教师签字：日期：-15-项目实施任务书光电转速计制作项目描述在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合。例如，在发动机，电动机，卷扬机，机床转轴等旋转设备的测试，运转和控制中，常需要分时或连续测量和显示其转速或瞬间转速。对于工业测试，水利，机械等方面，转速是重要的控制参数之一。尤其机在工业测试系统中，大部分旋转仪器无法测定目前的转速，从而无法安全有效地械设备进行故障预防，无形中降低了系统的安全性，增加了设备维护的成本。因此，如何利用先进的数字技术和计算机技术改造传统的工业技术，提高监控系统的准确性，安全性，方便性是当前工业测控系统急需解决的难题。转速测量方法较多，通常可分为模拟式和数字式两种。模拟式采用测速发电机为检测元件，得到的信号是模拟量。数字式通常采用光电编码器，霍尔元件等为检测元件，得到的信号是脉冲信号。随着微型计算机的广泛应用，特别是高性能价格比的单片机的出现，转速测量普遍采用以单片机为核心的数字式测量方法。本项目引入AT89C51单片机为核心，采用光电脉冲编码传感器设计智能化转速测量仪，实现转速的测量和显示.上。要求：1.光电转速计基本要求：1）.设计完整的转速计智能产品；2）.利用光电传感器采集数据；3）.利用AT89C52作为MCU，处理数据，并显示转速。2.扩展部分要求：使用LCD1602显示信息；扩展计算里程功能，计算产品运行的距离；扩展外部存储器EEPROM，记录总行程。目标：1)熟悉光电传感器的工作原理及其使用方法。2)结合任务要求，完成系统设计和调试，鼓励功能扩展和创新；3)根据设计的电路，用protel工具，画出完整的硬件电路图；；4)理解51系列单片机的信号采集，及其数据处理的过程；