電子綜合實驗實驗報告-13(光照強(qiáng)度檢測儀)

1、電子電路實驗3綜合設(shè)計總結(jié)報告題目： 數(shù)字式光照強(qiáng)度檢測儀的設(shè)計實現(xiàn) 班級：20110824學(xué)號：2011082427姓名：張希希成績：日期：2014.5.21一、摘 要（歸納總結(jié)實驗內(nèi)容、測試結(jié)果）超聲技術(shù)是一門以物理、電子、機(jī)械及材料學(xué)為基礎(chǔ)的通用技術(shù)之一。超聲技術(shù)是通過超聲波產(chǎn)生、傳播及接收的物理過程而完成的。超聲波具有聚束、定向及反射、投射等特性。目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于小距離測距、機(jī)器人檢測、車輛倒車?yán)走_(dá)以及家居安防系統(tǒng)等流域?；诔暡ǖ恼系K物檢測系統(tǒng)采用的是壓電式超聲波放生器，以51單片機(jī)為處理器核心。系統(tǒng)包括超聲波發(fā)射，超聲波接收，數(shù)碼管顯示，電平轉(zhuǎn)換，報警提示共5個模塊。51單片機(jī)

2、產(chǎn)生超聲波發(fā)射所需的40KHz方波信號，發(fā)射部分使用7404反相器做推挽驅(qū)動。接收部分使用CX20106對接收到的超聲波信號進(jìn)行放大，整形濾波。蜂鳴器和發(fā)光二極管能夠提示探測前方一米左右處是否有障礙。數(shù)碼管能夠顯示障礙物的距離，精度10%以內(nèi)，探測距離范圍從0.1米到2.5米。整個系統(tǒng)設(shè)計合理，靈敏度較高，工作狀態(tài)穩(wěn)定，可以應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)以及短距離檢測系統(tǒng)之中。二、設(shè)計任務(wù)2.1 設(shè)計選題選題十三：數(shù)字式光照強(qiáng)度檢測儀的設(shè)計實現(xiàn)2.2 設(shè)計任務(wù)要求用數(shù)碼管顯示光照強(qiáng)度；設(shè)置多個不同方向的光敏電阻，通過比較不同方向測得的光強(qiáng)數(shù)值判斷光照方位，在數(shù)碼管上顯示其方位；將獲得的電信號轉(zhuǎn)換成光照強(qiáng)度單位

3、下的數(shù)值，并用數(shù)碼管顯示，誤差范圍為3LUX（以白天室內(nèi)日光燈的光照強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)定義為100LUX）；要求在黑暗中顯示00（十六進(jìn)制），室內(nèi)光最大顯示63（十六進(jìn)制），用小數(shù)點顯示光照方向。1、光照傳感器采用光敏電阻；2、光強(qiáng)值顯示采用數(shù)碼管；3、通過比較器實現(xiàn)光強(qiáng)方向的判斷，若左側(cè)光強(qiáng)大則數(shù)碼管小數(shù)點亮，若右側(cè)光強(qiáng)大則數(shù)碼管小數(shù)全滅；4、誤差范圍為3LUX，數(shù)模轉(zhuǎn)換器建議選用8位并行轉(zhuǎn)換器件；5、在無光照（即光敏電阻完全蓋?。r，光強(qiáng)值顯示為0；6、在正午（即中午12點）室內(nèi)日光燈開啟時，光強(qiáng)值顯示為63（十六進(jìn)制）；7、電源采樣5V供電，電路板功耗小于3W；8、采集顯示時間延遲小于3秒。三、

4、方案設(shè)計與論證 （給出系統(tǒng)原理方框圖，說明工作過程） 利用51單片機(jī)產(chǎn)生40KHz的方波信號，經(jīng)7404反相器推挽驅(qū)動超聲波發(fā)生器產(chǎn)生超聲波。超聲波接收部分使用紅外線專用接收集成芯片CX20106實現(xiàn)對40KHz信號的放大、濾波、整形，最后產(chǎn)生低電平信號可送給51單片機(jī)外部中斷。單片機(jī)通過定時器計算發(fā)射和接收到超聲波信號的時間間隔，再根據(jù)超聲波在空氣中的傳播速度，便能夠計算出障礙物的距離，再通過數(shù)碼管顯示出來。系統(tǒng)方框圖見圖1。圖1 系統(tǒng)方框圖此方案沒有使用555定時器，降低了系統(tǒng)的開發(fā)成本，CX20106電壓增益理論最大值為84dB，在一定程度上限制了系統(tǒng)的靈敏度，但也足以滿足本選題的技術(shù)指

5、標(biāo)要求，而且硬件電路結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)。四、電路單元參數(shù)的選定和設(shè)計實現(xiàn)（分模塊介紹電路設(shè)計過程，設(shè)計過程的數(shù)值計算。如需仿真，給出仿真結(jié)果，如果用單片機(jī)，給出軟件流程圖。用multisim或者protel繪制電路圖）4.1 矩形波發(fā)生電路 矩形波發(fā)生電路由兩級構(gòu)成，第一級由一個運放震蕩產(chǎn)生1kHz的方波，輸出的方波經(jīng)過一個電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，使方波波形幅度為5V，然后緊跟一個射隨電路，前后級隔離，同時設(shè)置輸出電阻為50 ，電路如圖2所示。圖2 矩形波發(fā)生電路矩形波發(fā)生電路參數(shù)計算過程如下：振蕩周期 要求，選，仿真第一級輸出波形如圖3所示。圖3 第一級輸出波形。4.6 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中

6、斷程序 超聲波發(fā)生子程序的作用是通過P1.4端口發(fā)送2個左右的超聲波信號頻率約40KHz的方波，脈沖寬度為12us左右，同時把計數(shù)器T1打開進(jìn)行計時。 圖4系統(tǒng)軟件程序流程圖五、裝調(diào)測試過程（測試儀器，測試過程，要有詳細(xì)的測試步驟，測試數(shù)據(jù)處理，計算誤差，附測試照片）5.1 測試儀器 （1）示波器；TDS3502B 500MHz （2）電源：EM1712 DC 5.2 矩形波發(fā)生電路部分電路測試 矩形波發(fā)生電路加正負(fù)9V電源電壓后，用示波器測試能夠輸出穩(wěn)定方波，實際第一級輸出波形如圖14所示。圖14 第一級輸出波形分壓網(wǎng)絡(luò)和射隨后輸出波形如圖15所示。圖15 矩形波發(fā)生電路輸出波形使用示波器觀

7、察矩形波發(fā)生電路的輸出波形，正常工作狀態(tài)時是1.150KHz的方波信號，幅度為16.2V，經(jīng)過電阻分壓后為10.8V，觀察射隨電路的輸出波形，波形幅度和頻率都不發(fā)生變化。 六、實驗注意事項及主要可能故障分析（對作品的評估、存在問題、產(chǎn)生問題的原因及解決辦法及心得體會）超聲波發(fā)射和接收采用15的超聲波換能器TCT40-10F1（T發(fā)射）和TCT40-10S1（R接收），中心頻率為40kHz，安裝時應(yīng)保持兩換能器中心軸線平行并相距48cm，其余元件無特殊要求。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來，則可提高抗干擾能力。根據(jù)測量范圍要求不同，可適當(dāng)調(diào)整與接收器并接的濾波電容C9的大小，以獲得合適的接收

8、靈敏度和抗干擾能力。根據(jù)實際情況可以修改超聲波發(fā)生子程序每次發(fā)送的脈沖寬度和兩次測量的間隔時間，以適應(yīng)不同距離的測量需要。根據(jù)所設(shè)計的電路參數(shù)和程序，系統(tǒng)能測距的范圍為0.12.5m，測距儀最大誤差不超過2cm，精度10%以內(nèi)。系統(tǒng)調(diào)試完后應(yīng)對測量誤差和重復(fù)一致性進(jìn)行多次實驗分析，不斷優(yōu)化系統(tǒng)使其達(dá)到實際使用的測量要求。七、參考文獻(xiàn)1 羅亞非凌陽16位單片機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)M 北京航空航天大學(xué)出版社 2003年12月第一版2 薛鈞義 張彥斌 虞鶴松 樊波凌陽十六位單片機(jī)原理及應(yīng)用M北京航空航天出版社 2003年2月第1版3 譚浩強(qiáng)C程序設(shè)計M清華大學(xué)出版社1999年12月第2版4 沈美明 溫冬蟬IBM

9、-PC匯編語言程序設(shè)計M 清華大學(xué)出版社 2001年8月第二版5 凌陽大學(xué)計劃網(wǎng)站 /附錄應(yīng)包括完整電路圖，元器件清單，實物圖照片和實驗日志。如果有軟件，附軟件程序。附錄1 系統(tǒng)電路圖附錄2 元器件清單CommentDesignatorQuantityValueCapC1, C2, C4, C54104Cap Pol1C3110uFCap Pol1C6110uFCapC7, C8, C13330P, 104Cap SemiC9, C1220.051uF, 330pFCap Pol2C10, C1121uF, 3.3uFLED2D11LG5022BHDS

10、1, DS22D Connector 9J41BellLS11SpeakerLS2, LS32CX20106P11MHDR1X2P21NPNQ11NPNQ2, Q32Res2R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R12, R13, R14, R16, R17, R18, R19171K, 4.7, 10K, 22K, 200K, 470Res1R11, R15210K, 100SW-SPSTS181RESETS191SN74S04DU11STC89C51U31MAX232U9112MY11附錄3實物照片附錄4 軟件程序#include #define

11、 uint unsigned int#define uchar unsigned char#define data1 P0#define data2 P2sbit led1=P10;sbit led2=P11;sbit ring=P12;sbit lad=P13;sbit send=P14;unsigned long int dis=0; /定義距離變量uchar dis1,dis2;uchar test=1,flag=0,flag1=5; /定義標(biāo)志位uchar tab1=0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10; /帶小數(shù)點的數(shù)字編碼uchar tab2=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90; /不帶小數(shù)點的數(shù)字編碼void delay(uint us)while(us-);void delay1 (uint ms) uin