傳感器原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)光照強(qiáng)度自動(dòng)檢測(cè)顯示報(bào)警控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、傳感器原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書設(shè)計(jì)題目：光照強(qiáng)度自動(dòng)檢測(cè)顯示報(bào)警控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué) 號(hào)： 姓 名： 完成時(shí)間：2010、12、13 至2010、12、19 總評(píng)成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽章： 設(shè)計(jì)題目：光照強(qiáng)度自動(dòng)檢測(cè)顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、題目的認(rèn)識(shí)理解本次設(shè)計(jì)題目是光照強(qiáng)度自動(dòng)檢測(cè)顯示報(bào)警控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，完成光照強(qiáng)度自動(dòng)檢測(cè)、顯示、報(bào)警、控制系統(tǒng)。采用電路、數(shù)電、模電知識(shí)柔和一塊設(shè)計(jì)電路，將系統(tǒng)分為四個(gè)模塊設(shè)計(jì)電路：檢測(cè)、顯示、報(bào)警、控制，把復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化。數(shù)據(jù)采集模塊，可用光敏電阻將光照強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電阻信號(hào)從而進(jìn)行測(cè)量計(jì)算。測(cè)量電路模塊，設(shè)置分壓電路和比較電路，將電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)分檔輸出，用于顯示和報(bào)

2、警。顯示報(bào)警模塊，用發(fā)光二極管進(jìn)行顯示，同時(shí)設(shè)置光照過(guò)強(qiáng)時(shí)蜂鳴器報(bào)警。自動(dòng)控制模塊，用或非門實(shí)現(xiàn)暗光控制，同時(shí)繼電器閉合，打開日光燈，當(dāng)在外界中、強(qiáng)光條件下繼電器掉電日光燈熄滅。一、 設(shè)計(jì)任務(wù)要求：設(shè)計(jì)一個(gè)光照強(qiáng)度自動(dòng)檢測(cè)、顯示、報(bào)警、控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)外界三種不同條件下光強(qiáng)的分檔指示和報(bào)警（弱、適宜、強(qiáng)）1、方案的設(shè)計(jì)根據(jù)題目選定光照強(qiáng)度自動(dòng)檢測(cè)所用的光電傳感器類型；1）自己設(shè)計(jì)至少三種以上不同光照條件，測(cè)定不同光照條件下光電傳感器的輸出；2）傳感器測(cè)量電路采用集成運(yùn)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(bào)警系統(tǒng)方案的論證和設(shè)計(jì)；3）完成自然光光照強(qiáng)度自動(dòng)檢測(cè)顯示報(bào)警系統(tǒng)

3、電路方框圖、電路原理圖的設(shè)計(jì)；4）完成自然光光照強(qiáng)度自動(dòng)檢測(cè)顯示報(bào)警系統(tǒng)中核心芯片的選型、系統(tǒng)中各個(gè)參數(shù)的計(jì)算（備注：1. 含各種元件參數(shù)的計(jì)算過(guò)程或依據(jù)2. 選定最接近計(jì)算結(jié)果的元件規(guī)格）；5）設(shè)計(jì)結(jié)束后，進(jìn)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(hào)輸入輸出點(diǎn)的波形，根據(jù)仿真結(jié)果驗(yàn)證設(shè)計(jì)功能的可行性、參數(shù)設(shè)計(jì)的合理性；給出系統(tǒng)整機(jī)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(jì)報(bào)告。二、 設(shè)計(jì)所需基礎(chǔ)知識(shí)及工具1、基礎(chǔ)知識(shí)電路理論中電阻電路的分析、模擬電子線路中運(yùn)算放大器、比較器、功率放大器等知識(shí)，數(shù)字電子線路中開關(guān)特性及數(shù)字信

4、號(hào)等知識(shí)，傳感器技術(shù)中的光電傳感器原理及應(yīng)用、測(cè)量電路等部分知識(shí)。2、設(shè)計(jì)工具電子電路eda仿真軟件：multisim電子線路設(shè)計(jì)軟件：protel99se。三、 方案設(shè)計(jì)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(jì)考慮）1、課題功能與指標(biāo)分析：本次課題設(shè)計(jì)主要是為了實(shí)現(xiàn)光照強(qiáng)度的自動(dòng)檢測(cè)與分檔顯示和報(bào)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(yáng)光直射r1=230室內(nèi)日光燈r2=2.05k室內(nèi)黑暗處r3=26.76 k其次，將光敏電阻電阻值與上述三種狀態(tài)下阻值進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)分檔顯示、報(bào)警、控制。檔次控制狀態(tài)顯

5、示狀態(tài)弱光電燈亮一管亮適宜不亮兩管亮強(qiáng)光不亮三管都亮，蜂鳴器響其中有l(wèi)ed始終是燈亮，表示系統(tǒng)開始進(jìn)入檢測(cè)狀態(tài)。設(shè)計(jì)電路，應(yīng)完成以上功能。2、電路的結(jié)構(gòu)、組成方塊圖：從電路原理圖看其實(shí)很簡(jiǎn)單，右邊三個(gè)比較器部分電路完全相同。結(jié)構(gòu)分析如下：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(gè)比較端一個(gè)從光敏電阻一端引出，接入比較器負(fù)比較端，另一個(gè)從三個(gè)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(bào)警電

6、路。比較器輸出端通過(guò)限流電阻rc接發(fā)光二極管，同時(shí)為防止比較器無(wú)法驅(qū)動(dòng)發(fā)光管，輸出端通過(guò)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(guò)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(hào)流程做主軸，分析如下：1）信號(hào)采集，光敏電阻處于被測(cè)環(huán)境感光，會(huì)有一感光阻值，計(jì)為rx（原理圖中用一個(gè)滑動(dòng)變阻器代替）。這樣就把被測(cè)光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。2）信號(hào)測(cè)量，為了知道光敏電阻的阻值在所分的哪檔之間，需要進(jìn)行測(cè)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(shí)

7、際上是被測(cè)信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)比較）。由于另一分壓電阻相同，電阻大的分壓就多。比較結(jié)果反映在比較器的輸出端。采用了三個(gè)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(hào)表達(dá)，通過(guò)比較器出來(lái)的是電壓信號(hào)，為了使人能直接感知，接上發(fā)光二級(jí)管。高電壓即點(diǎn)亮發(fā)光二級(jí)管。4）信號(hào)控制，通過(guò)比較器出來(lái)的是電壓信號(hào)在暗光下系統(tǒng)自動(dòng)打開日光燈。4、單元電路方案設(shè)計(jì)考慮：設(shè)計(jì)時(shí)須對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)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(jiǎn)單清晰。按照前面分析，首先應(yīng)將系統(tǒng)分為三個(gè)模塊，其中測(cè)量顯示電路重點(diǎn)設(shè)計(jì)分析如下：1） 電源部分：為了驅(qū)動(dòng)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

8、分壓電阻ra均設(shè)為相同值3） 比較電路：為了符合正常邏輯思維，應(yīng)該設(shè)定光照越強(qiáng)，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(qiáng)時(shí)，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(gè)發(fā)光管都亮。4） 為了實(shí)現(xiàn)光敏電阻精確連續(xù)分壓，仿真時(shí)用兩個(gè)滑動(dòng)變阻器代替，一個(gè)粗調(diào)，一個(gè)細(xì)調(diào)。5） 顯示電路：為了驅(qū)動(dòng)發(fā)光管，應(yīng)設(shè)置上拉電阻rb，為了保護(hù)發(fā)光管，應(yīng)設(shè)置限流電阻rc。個(gè)阻值計(jì)算見參數(shù)計(jì)算。6） 報(bào)警電路：應(yīng)設(shè)置當(dāng)光照過(guò)強(qiáng)時(shí)，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(qiáng)時(shí)，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

9、仿真結(jié)果四、 電路中各元器件選型和參數(shù)計(jì)算元器件選型：元器件類別型號(hào)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(wú)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(jì)算：（根據(jù)電路原理及實(shí)際市場(chǎng)計(jì)算選擇）電源：vcc=12v基準(zhǔn)電阻：用來(lái)分檔，故應(yīng)等于光敏電阻三種狀態(tài)下阻值。 r=230 r=2.05k r=226.76 k分壓電阻r3、4、5：為了使分壓不至過(guò)大或過(guò)小影響精度，分別?。簉3=100;r4=200;r5=200. 相對(duì)

10、電壓是：vr4=28.08v（400*36/500）; vr4v=(36*200/500);上拉電阻r 8、9：r提供驅(qū)動(dòng)電流，不宜過(guò)大，取r=5限流電阻r1、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(jì)算根據(jù)發(fā)光二極管1.66v、0.05ma,實(shí)際取 r=100k,留有一定余地，另外r6與led3串聯(lián)表示系統(tǒng)進(jìn)出檢測(cè)狀態(tài)，為了保證（1.66v、0.05ma）故取r6=6k。五、 設(shè)計(jì)總結(jié)（包括對(duì)設(shè)計(jì)的目的和意義的認(rèn)識(shí)、本人完成情況、設(shè)計(jì)中的主要收獲和不足、進(jìn)一步設(shè)想）。設(shè)計(jì)目的：光照強(qiáng)度的自動(dòng)檢測(cè)與分檔顯示和報(bào)警控制系統(tǒng)很有實(shí)用價(jià)值，現(xiàn)實(shí)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(zhǎng)光合作用，當(dāng)自然光照強(qiáng)系統(tǒng)報(bào)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(zhǎng)時(shí)，系統(tǒng)不作任何報(bào)警和控制，在外界光照暗時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)打開日光燈彌補(bǔ)植物光合作用，實(shí)現(xiàn)植物二十四小時(shí)正常生長(zhǎng)，大大縮短植物成長(zhǎng)期限，滿足人們?nèi)找婢o缺的物質(zhì)需求，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)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(jì)經(jīng)濟(jì)、實(shí)惠、實(shí)用價(jià)值高。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)傳感器、電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)有了更深的的理解也加強(qiáng)了我的實(shí)際動(dòng)手能力。不管是電路理論，還是實(shí)際應(yīng)用，經(jīng)過(guò)此次設(shè)計(jì)后我的能力都有了不少提升。同時(shí)在本次課程設(shè)計(jì)時(shí)，也暴露了自己的不少毛病，如設(shè)計(jì)過(guò)程中缺乏規(guī)范化，標(biāo)準(zhǔn)化，仿真軟件不熟悉等。剛開始的

12、的時(shí)候，protel和multisim完全不會(huì)，但經(jīng)過(guò)兩天的摸索，也逐步上手了.通過(guò)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(shí)有時(shí)覺得挺容易的，但一旦自己真正動(dòng)手設(shè)計(jì)，才發(fā)現(xiàn)自己有很多不足。只有實(shí)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(jì). 對(duì)我們學(xué)生來(lái)說(shuō)，理論與實(shí)際同樣重要，這是我們以后在工作中說(shuō)明自己能力的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)習(xí)中，我感受到了老師對(duì)學(xué)生的那種悔人不卷的精神，每天的固定時(shí)間，老師都來(lái)給我們指導(dǎo)，使我們少走彎路，順利完成實(shí)習(xí)任務(wù)，請(qǐng)?jiān)试S我向你們致意崇高的敬意，感謝你們，老師！六、附件1：整機(jī)電路原理圖（附頁(yè)1）protel電路圖七、附件2仿真結(jié)果（如：測(cè)試數(shù)據(jù)、波形等）（附頁(yè)2） 強(qiáng)光狀態(tài)(蜂鳴器報(bào)警) 適宜光 黑暗狀態(tài)（繼電器閉合日光燈亮）注：實(shí)驗(yàn)中的光敏電阻用滑動(dòng)變阻器代替，led3是系統(tǒng)指示燈，說(shuō)明系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)檢測(cè)狀態(tài)。八、附件3元器件清單及成本估算（附頁(yè)3）元器件數(shù)量?jī)r(jià)格（元）直流電源25光敏電阻10.5電阻100.7比較器