傳感器原理及應(yīng)用課程設(shè)計光照強度自動檢測顯示報警控制系統(tǒng)設(shè)計

1、傳感器原理及應(yīng)用課程設(shè)計說明書設(shè)計題目：光照強度自動檢測顯示報警控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué) 號： 姓 名： 完成時間：2010、12、13 至2010、12、19 總評成績： 指導(dǎo)教師簽章： 設(shè)計題目：光照強度自動檢測顯示系統(tǒng)設(shè)計一、題目的認識理解本次設(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

2、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，當在外界中、強光條件下繼電器掉電日光燈熄滅。一、 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)

3、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。二、 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

4、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。三、 方案設(shè)計及其論證（包含課題的功能與指標分析、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)下阻值進行比較，實現(xiàn)分檔顯示、報警、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)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：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，接入比較器負比較端，另一個從三個基準電阻分壓端引出，接入比較器正比較端。若光敏電阻比較端阻值大于基準電阻，則分壓也大于基準電阻，比較器輸出為負，反之亦然。4）顯示報警電

6、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，輸出端通過上拉電阻rb接電源，以提供足夠功率。最小基準電阻發(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。光敏電阻和基準電阻分別分壓接入比較器兩端（實

7、際上是被測信號與基準信號比較）。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

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，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比較端。光最強時，電阻最小，分壓最少，比較器負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

9、仿真結(jié)果四、 電路中各元器件選型和參數(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 r=2.05k r=226.76 k分壓電阻r3、4、5：為了使分壓不至過大或過小影響精度，分別取：r3=100;r4=200;r5=200. 相對

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)動電流，不宜過大，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)計算根據(jù)發(fā)光二極管1.66v、0.05ma,實際取 r=100k,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。五、 設(shè)計總結(jié)（包括對設(shè)計的目的和意義的認識、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，標準化，仿真軟件不熟悉等。剛開始的

12、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準。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！六、附件1：整機電路原理圖（附頁1）protel電路圖七、附件2仿真結(jié)果（如：測試數(shù)據(jù)、波形等）（附頁2） 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)。八、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電阻100.7比較器20.5發(fā)光二極管31.08蜂鳴器10.15門