光照強度自動檢測顯示系統(tǒng)設(shè)計

1、實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計題目：光照強度自動檢測顯示系統(tǒng)設(shè)計題目理解本次設(shè)計題目是光照強度自動檢測顯示報警控制系統(tǒng)設(shè)計，完成光照強度自動檢測、顯示、報警、控制系統(tǒng)。采用電路、數(shù)電、模電知識柔和一塊設(shè)計電路， 將系統(tǒng)分為四個模塊設(shè)計電路：檢測、顯示、報警、控制，把復(fù)雜問題簡單化。數(shù)據(jù)采集模塊，可用光敏電阻將光照強度信號轉(zhuǎn)換為電阻信號從而進行測量 計算。測量電路模塊，設(shè)置分壓電路和比較電路，將電阻信號轉(zhuǎn)換為電壓信號分檔 輸出，用于顯示和報警。顯示報警模塊，用發(fā)光二極管進行顯示，同時設(shè)置光照過強時蜂鳴器報警。自動控制模塊，用或非門實現(xiàn)暗光控制，同時繼電器閉合，打開日光燈，當(dāng) 在外界中、強光條件下繼電器掉電日光燈熄

2、滅。1設(shè)計任務(wù)要求：設(shè)計一個光照強度自動檢測、顯示、報警、控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對外界三種不同條件 下光強的分檔指示和報警（弱、適宜、強）1、方案的設(shè)計根據(jù)題目選定光照強度自動檢測所用的光電傳感器類型；1 ）自己設(shè)計至少三種以上不同光照條件，測定不同光照條件下光電傳感器的輸出；2）傳感器測量電路采用集成運算放大器構(gòu)成的比較器完成，完成至少三種以上不同光照條件下顯示報警系統(tǒng)方案的論證和設(shè)計；3） 完成自然光光照強度自動檢測顯示報警系統(tǒng)電路方框圖、 電路原理圖的設(shè)計；4）完成自然光光照強度自動檢測顯示報警系統(tǒng)中核心芯片的選型、系統(tǒng)中各個 參數(shù)的計算（備注：1.含各種元件參數(shù)的計算過程或依據(jù) 2.選定最接近

3、計算結(jié) 果的元件規(guī)格）；5）設(shè)計結(jié)束后，進行仿真調(diào)試。2、仿真調(diào)試方案利用：Multisim 等軟件仿真，得出主要信號輸入輸出點的波形，根據(jù)仿真結(jié)果 驗證設(shè)計功能的可行性、參數(shù)設(shè)計的合理性；給出系統(tǒng)整機電路圖（利用 PROTEL軟件做出原理圖SCH文件和PCB文件）。3、完成課程設(shè)計報告。2設(shè)計所需基礎(chǔ)知識及工具1、基礎(chǔ)知識電路理論中電阻電路的分析、模擬電子線路中運算放大器、比較器、功 率放大器等知識，數(shù)字電子線路中開關(guān)特性及數(shù)字信號等知識，傳感器技術(shù) 中的光電傳感器原理及應(yīng)用、測量電路等部分知識。2、設(shè)計工具電子電路EDA仿真軟件：Multisim電子線路設(shè)計軟件：Protel99SE。3方

4、案設(shè)計及其論證（包含課題的功能與指標(biāo)分析、電路的結(jié)構(gòu)組成方框圖、各部分單元電路間關(guān)系、單元電路方案設(shè)計考慮）1、課題功能與指標(biāo)分析：本次課題設(shè)計主要是為了實現(xiàn)光照強度的自動檢測與分檔顯示和報警。 首先，必須設(shè)定分檔環(huán)境，可用三種環(huán)境狀態(tài)分四檔。環(huán)境狀態(tài)光敏電阻電阻值太陽光直射R1=230 Q室內(nèi)日光燈R2=2.05k Q室內(nèi)黑暗處R3=26.76 k Q其次，將光敏電阻電阻值與上述三種狀態(tài)下阻值進行比較，實現(xiàn)分檔顯示、 報警、控制。檔次控制狀態(tài)顯示狀態(tài)弱光電燈亮一管亮話宜不亮兩管亮強光不亮三管都亮，蜂鳴器響其中有LED始終是燈亮，表示系統(tǒng)開始進入檢測狀態(tài)。設(shè)計電路，應(yīng)完成以上功能。2、電路的結(jié)

5、構(gòu)、組成方塊圖：從電路原理圖看其實很簡單，右邊三個比較器部分電路完全相同。結(jié)構(gòu)分析如下:信口帀卻里匕信號一靈二信號表達七信號$!一文案大全1 ）供電電源VCC=36V和VCC=12V，給分壓電路、比較器、發(fā)光管、蜂鳴器供電，日光燈。2 ）分壓電路。包括光敏電阻分壓和基準(zhǔn)電阻分壓。3 ）比較電路。比較器的兩個比較端一個從光敏電阻一端引出，接入比較器負(fù)比 較端，另一個從三個基準(zhǔn)電阻分壓端引出， 接入比較器正比較端。若光敏電阻比 較端阻值大于基準(zhǔn)電阻，則分壓也大于基準(zhǔn)電阻，比較器輸出為負(fù)，反之亦然。4）顯示報警電路。比較器輸出端通過限流電阻 Rc接發(fā)光二極管，同時為防止 比較器無法驅(qū)動發(fā)光管，輸出端

6、通過上拉電阻 Rb接電源，以提供足夠功率。最 小基準(zhǔn)電阻發(fā)光管并聯(lián)蜂鳴器。5 ）控制電路，門電路連接暗光顯示端，通過非門輸出電壓繼電器閉合，打開日 光燈。3、各部分單元電路間關(guān)系：為了分析各部分單元電路之間的關(guān)系，我以信號流程做主軸，分析如下：1 ）信號采集，光敏電阻處于被測環(huán)境感光，會有一感光阻值，計為RX （原理圖中用一個滑動變阻器代替）。這樣就把被測光信號轉(zhuǎn)化為電信號。2）信號測量，為了知道光敏電阻的阻值在所分的哪檔之間， 需要進行測量比較。 分壓電路和比較電路就是完成此功能。光敏電阻和基準(zhǔn)電阻分別分壓接入比較器 兩端（實際上是被測信號與基準(zhǔn)信號比較）。由于另一分壓電阻相同，電阻大的 分

7、壓就多。比較結(jié)果反映在比較器的輸出端。 采用了三個比較電路比較，就可以 確定光敏電阻在四檔的哪一檔。3 ）信號表達，通過比較器出來的是電壓信號，為了使人能直接感知，接上發(fā)光 二級管。高電壓即點亮發(fā)光二級管。4 ）信號控制，通過比較器出來的是電壓信號在暗光下系統(tǒng)自動打開日光燈。4、單元電路方案設(shè)計考慮：設(shè)計時須對整個系統(tǒng)進行全面綜合考慮。 以完成課題功能要求為前提，盡量使電 路簡單清晰。按照前面分析，首先應(yīng)將系統(tǒng)分為三個模塊，其中測量顯示電路重 點設(shè)計分析如下：1) 電源部分：為了驅(qū)動比較器，電源電壓設(shè)置為 362) 分壓電路：為了便于分壓比較，另一分壓電阻 Ra均設(shè)為相同值3) 比較電路：為了

8、符合正常邏輯思維，應(yīng)該設(shè)定光照越強，亮的發(fā)光管越多。 所以才將光敏電阻分壓端接入比較器負(fù)比較端。光最強時，電阻最小，分壓最少，比較器負(fù)輸入端都小于正輸入端，比較 器輸出都為正，三個發(fā)光管都亮。4) 為了實現(xiàn)光敏電阻精確連續(xù)分壓，仿真時用兩個滑動變阻器代替，一個粗 調(diào)，一個細(xì)調(diào)。5) 顯示電路：為了驅(qū)動發(fā)光管，應(yīng)設(shè)置上拉電阻 Rb，為了保護發(fā)光管，應(yīng) 設(shè)置限流電阻Rc。個阻值計算見參數(shù)計算。6) 報警電路：應(yīng)設(shè)置當(dāng)光照過強時，使蜂鳴器響。將蜂鳴器并聯(lián)到Rc3和LED3兩端。僅當(dāng)光照很強時，光敏電阻阻值才小于 R3，蜂鳴器才響。 其他狀態(tài)，蜂鳴器都不響。具體狀態(tài)分析見仿真結(jié)果4電路中各元器件選型和

9、參數(shù)計算元器件選型：元器件類別型號直流電源穩(wěn)壓直流電源 36V/1000MA光敏電阻5537電阻金屬膜電阻比較器HA17339發(fā)光二極管SM210363,蜂鳴器無源1206分體5.5歐蜂鳴器或非門74HC02D_2V繼電器200nA 0mA日光燈12V_10W直流電源12V （日光燈電源）參數(shù)計算：（根據(jù)電路原理及實際市場計算選擇）電源：VCC=12V 基準(zhǔn)電阻：用來分檔，故應(yīng)等于光敏電阻三種狀態(tài)下阻值。R=230 Q R=2.05k Q R=226.76 K Q分壓電阻R3、4、5：為了使分壓不至過大或過小影響精度，分別?。篟3=100;R4=200;R5=200.相對電壓是：VR4=28.

10、08v （400*36/500 ） ; VR4v=（36*200/500）;上拉電阻R 8、9: R提供驅(qū)動電流，不宜過大，取 R=5 Q限流電阻Ri、2、11: R=（比較器輸出電壓-發(fā)光管壓降）/發(fā)光管額定電流經(jīng)計算根據(jù)發(fā)光二極管1.66v、0.05MA,實際取R=100k Q,留有一定余地，另外R6與LED3串聯(lián)表示系統(tǒng)進出檢測狀態(tài)，為了保證（1.66v、0.05MA ） 故取 R6=6k Q。5設(shè)計總結(jié)（包括對設(shè)計的目的和意義的認(rèn)識、本人完成情況、設(shè)計中的主要收獲和不足、進一步設(shè)想）。設(shè)計目的：光照強度的自動檢測與分檔顯示和報警控制系統(tǒng)很有實用價值，現(xiàn)實生活中應(yīng)用的方面極為廣泛，例如人

11、工蔬菜種植提高植物生長光合作用， 當(dāng) 自然光照強系統(tǒng)報警提示人工遮陰為植物避光， 在外界光照適宜植物正常生長時， 系統(tǒng)不作任何報警和控制，在外界光照暗時，系統(tǒng)自動打開日光燈彌補植物光合 作用，實現(xiàn)植物二十四小時正常生長，大大縮短植物成長期限，滿足人們?nèi)找婢o 缺的物質(zhì)需求，實現(xiàn)了自動控制為人們瑣碎繁重的工作帶了很大的方便。此系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)濟、實惠、實用價值高。通過本次課程設(shè)計，我對傳感器、電路系統(tǒng)設(shè)計有了更深的的理解也加強了 我的實際動手能力。不管是電路理論，還是實際應(yīng)用，經(jīng)過此次設(shè)計后我的能力 都有了不少提升。同時在本次課程設(shè)計時，也暴露了自己的不少毛病，如設(shè)計過 程中缺乏規(guī)范化，標(biāo)準(zhǔn)化，仿真軟件

12、不熟悉等。剛開始的的時候，Protel和Multisim 完全不會，但經(jīng)過兩天的摸索，也逐步上手了 .通過這一周的努力奮斗，最終做出電路原理圖，仿真結(jié)果也基本滿足課題功 能要求，心里有一種莫名的成就感。平常我們上課學(xué)習(xí)理論知識有時覺得挺容易的，但一旦自己真正動手設(shè)計，才發(fā)現(xiàn)自己有很多不足。只有實踐才能提高自己的能力，因此我希望有更多類似 課程設(shè)計.對我們學(xué)生來說，理論與實際同樣重要，這是我們以后在工作中說明 自己能力的一個重要標(biāo)準(zhǔn)。在實習(xí)中，我感受到了老師對學(xué)生的那種悔人不卷的 精神，每天的固定時間，老師都來給我們指導(dǎo)，使我們少走彎路，順利完成實習(xí) 任務(wù)，請允許我向你們致意崇高的敬意，感謝你們，老師！6附件1:整機電路原理圖（附頁 1）PROTEL電路圖7附件2仿真結(jié)果（如：測試數(shù)據(jù)、波形等）（附頁2）12YCC74HCQE0_Y 4強光狀態(tài)（蜂鳴器報警）適宜光黑暗狀態(tài)（繼電器閉合日光燈亮）注：實驗中的光敏電阻用滑動變阻器代替，LED3是系統(tǒng)指示燈，說明系統(tǒng)進入自動檢測狀態(tài)。8附件3元器件清單及成本估算（附頁3）元器件數(shù)量價格（元）直流電源25光敏電阻10.5