光敏電阻傳感器論文

1、2桂林電子科技大學(xué)訓(xùn)（論文）報(bào)告用紙 第 2 頁(yè) 共 2頁(yè)傳感器綜合設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)(論文)說明書 題 目： 光敏電阻檢測(cè)光照亮度 院 （系）： 力學(xué)與光電物理學(xué)院 專 業(yè)： 應(yīng)用物理學(xué) 姓 名： 江運(yùn) 學(xué) 號(hào)： 2014305066 指導(dǎo)教師： 李洋 2012年6月20號(hào) 摘 要本設(shè)計(jì)題目是光敏電阻測(cè)量光照強(qiáng)度，用光照的強(qiáng)弱來改變光敏電阻的阻值大小，從而使輸出電壓值改變，通過測(cè)量輸出電壓值的大小就可以間接的測(cè)量光照的強(qiáng)度了。本設(shè)計(jì)有光照強(qiáng)度報(bào)警控制系統(tǒng)和光照強(qiáng)度等級(jí)顯示電路以及光照亮度的顯示。本設(shè)計(jì)采用了STC單片機(jī)為主控制電路，用數(shù)碼管顯示光照強(qiáng)度值，用綠、黃、紅LED來顯示光照亮度等級(jí)，用蜂鳴器

2、來做報(bào)警電路。本設(shè)計(jì)電路各個(gè)部分電路的設(shè)計(jì)原理及功能都能實(shí)現(xiàn)，要求對(duì)各種基本的電子元器件，電阻、電容、二極管、三極管等熟悉，掌握Proteus 仿真軟件的運(yùn)用、Protel 99 SE工具軟件等繪圖軟件，并加以運(yùn)用。用單片機(jī)內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)模擬轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，通過編程控制各個(gè)外圍電路并實(shí)現(xiàn)其功能。本設(shè)計(jì)具有有線路簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格低廉、性能優(yōu)越等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：光照強(qiáng)度；光敏電阻；單片機(jī) Abstracts This design is entitled to the photoresistor to measure light intensity, the strength of the l

3、ight to change the photosensitive resistor size, so that the output voltage changes, by measuring the size of the output voltage value can be indirectly measuring the light intensity. The design of the light intensity alarm control system and the light intensity level display circuit and illuminatio

4、n brightness of the display. This design uses the STC microcontroller-based control circuit, digital display light intensity, light green, yellow, red LED display brightness levels, to do with buzzer alarm circuit. The design of the circuit design principles and functions of various parts of the cir

5、cuit can achieve, requiring a variety of basic electronic components, resistors, capacitors, diodes, transistors and other familiar and master the use of Proteus simulation software Protel 99 SE software tools such as mapping software and use of them. AD of the internal microcontroller to convert an

6、alog into digital, programmed to control the various peripheral circuits and to achieve its function. The design of the circuit is simple, compact, low cost, superior performance characteristics.Key words：Light intensity; photosensitive resistance; MCU 1桂林電子科技大學(xué)訓(xùn)（論文）報(bào)告用紙 第 1 頁(yè) 共1頁(yè) 目 錄引言11.系統(tǒng)概述11.1 設(shè)

7、計(jì)要求11.2方案設(shè)計(jì)21.2.1方案說明21.2.2方案論證22.硬件電路設(shè)計(jì)與分析32.1單片機(jī)最小系統(tǒng)32.2光敏電阻的主要特性及參數(shù)52.3光敏電阻接入電路圖62.4數(shù)碼管顯示電路72.5報(bào)警電路73.軟件設(shè)計(jì)83.1主程序83.2安裝調(diào)試及測(cè)量數(shù)據(jù)分析93.3出現(xiàn)的問題與解決的方法94.實(shí)訓(xùn)的心得體會(huì)10致謝11參考文獻(xiàn)12附錄1313桂林電子科技大學(xué)訓(xùn)（論文）報(bào)告用紙 第13頁(yè) 共13頁(yè)引言光照強(qiáng)度自動(dòng)檢測(cè)顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以自動(dòng)檢測(cè)光照強(qiáng)度的強(qiáng)弱并顯示讓人們知道此時(shí)光照強(qiáng)度的強(qiáng)弱。人們可以設(shè)定光照強(qiáng)度的范圍，一旦超出此范圍該系統(tǒng)可以發(fā)出警報(bào)通知或直接采取措施使光照強(qiáng)度在此范圍內(nèi)。

8、人們可以通過看此裝置的顯示了解現(xiàn)在的光照狀態(tài)，做合理的光照調(diào)節(jié)。該設(shè)計(jì)可分為三部分：即光照檢測(cè)部分、信號(hào)處理部分、光強(qiáng)顯示部分。還可加上報(bào)警部分。對(duì)于光照檢測(cè)部分可利用光敏電阻傳感器作為檢測(cè)元件，它可以完成從光強(qiáng)到電阻值的信號(hào)轉(zhuǎn)換，再把電阻值轉(zhuǎn)換為電信號(hào)就可以作為系統(tǒng)的輸入信號(hào)。對(duì)輸入信號(hào)處理后，就可以用來顯示了。對(duì)于顯示部分可利用數(shù)碼管來顯示，不同的光強(qiáng)對(duì)應(yīng)于不同數(shù)碼管顯示值，就能簡(jiǎn)單的顯示出不同的光強(qiáng)了。1 系統(tǒng)概述1.1 設(shè)計(jì)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）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)）。通過采樣到的光照射強(qiáng)度選擇，在數(shù)碼管上顯示電壓的大小

9、。 (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)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。（6）不斷檢測(cè)設(shè)計(jì)和實(shí)踐的相差情況（6）仿真調(diào)試方案（7）給出系統(tǒng)整機(jī)電路圖。（8）完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告1.2 方案設(shè)計(jì)1.2.1方案說明

10、(1)傳感器選擇：選用光敏電阻作為采集光照信號(hào)的傳感器。(2)電阻測(cè)試：在室外太陽光強(qiáng)照射下、室內(nèi)適宜光照下、室內(nèi)昏暗條件下三種光照條件下分別測(cè)的光敏電阻的阻值為<=320歐、1.4-3.6k歐、>=15.6k歐。(3)方案原理圖：系統(tǒng)功能描述：考慮到系統(tǒng)的實(shí)用價(jià)值,確定了光照適宜時(shí)的光敏電阻值的范圍為1.4-3.6k歐，當(dāng)光照過強(qiáng)時(shí)，LED1點(diǎn)亮，蜂鳴器報(bào)警；光照適宜時(shí)，LED2點(diǎn)亮；黑暗時(shí)，LED3點(diǎn)亮，蜂鳴器也報(bào)警。即光照不適宜時(shí)就會(huì)報(bào)警，所以該系統(tǒng)不但可以完成光強(qiáng)的顯示、報(bào)警，而且可以判斷光照是否適宜。原理框圖如下：數(shù)碼管顯示電路報(bào)警電路光敏電阻光敏電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換電路信號(hào)處理

11、電路 圖1 原理框圖1.2.2方案論證(1)光照強(qiáng)度的信號(hào)采集部分采用光敏電阻作為信號(hào)采集器件。光敏電阻是基于光電導(dǎo)效應(yīng)的一種光電器件，無光照時(shí), 光敏電阻值（暗電阻）很大, 電路中電流（暗電流）很小； 當(dāng)受到光照時(shí)，半導(dǎo)體材料電導(dǎo)率增加，電阻減小。其阻值隨光照增強(qiáng)而減小。光敏電阻作為光電式傳感器的一種，它具有靈敏度高、光譜響應(yīng)范圍寬；體積小、重量輕、機(jī)械強(qiáng)度高、耐沖擊、耐震動(dòng)、抗過載能力強(qiáng)和壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。所以選擇光敏電阻采集光照信號(hào)，并把不同的光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為不同的電阻值。把光敏電阻串聯(lián)在直流電路中即可把不同的電阻值轉(zhuǎn)化為不同的電壓值，電路如原理圖所示。于是，就把對(duì)光照信號(hào)的處理轉(zhuǎn)化為對(duì)電壓信

12、號(hào)V的處理。(2)信號(hào)處理部分：采用集成電壓比較器LM358N作為信號(hào)處理的核心元件，電路連接如原理圖所示。光強(qiáng)、適宜、黑暗三種光照狀態(tài)轉(zhuǎn)換為三個(gè)電壓值V1，V2，V3作為比較器的輸入電壓；兩個(gè)比較器設(shè)置兩個(gè)參考電壓Vref1，Vref2。工作過程分析如下：光照較強(qiáng)時(shí)V1> Vref1>Vref2，兩個(gè)比較器的輸出電壓分別為（5V，0V）；光照適宜時(shí)Vref1>V2> Vref2， 兩個(gè)比較器的輸出電壓分別為（-5V，0）； 光照黑暗時(shí)V3< Vref2 < Vref1 兩個(gè)比較器的輸出電壓分別為（-5V，5V）。這樣就完成了從模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換,顯示

13、部分就變得容易了。(3)光強(qiáng)顯示部分采用數(shù)碼管管顯示不同的光強(qiáng)狀態(tài)。由于比較器的驅(qū)動(dòng)能力有限，所以在輸出端加一個(gè)上拉電阻提高其驅(qū)動(dòng)能力。電路連接如原理圖所示，分析如下：當(dāng)光照較強(qiáng)時(shí)，兩個(gè)比較器的輸出電壓分別為（5V，0V），LED1點(diǎn)亮；光照適宜時(shí)， 兩個(gè)比較器的輸出電壓分別為（-5V，0），LED2被點(diǎn)亮； 光照黑暗時(shí)，兩個(gè)比較器的輸出電壓分別為（-5V，5V），LED2、LED3被點(diǎn)亮。這樣三種狀態(tài)就顯示出來了。（4）光報(bào)警部分采用有源蜂鳴器作為報(bào)警器件。電路連接如原理圖所示，用兩個(gè)NPN型BJT三極管的導(dǎo)通來控制報(bào)警電路的導(dǎo)通，三極管的導(dǎo)通又受發(fā)光二極管導(dǎo)通與否的控制，發(fā)光二極管的導(dǎo)通受

14、光照的控制。所以光強(qiáng)就可以控制報(bào)警器了，設(shè)計(jì)方案采用了當(dāng)光照較強(qiáng)或較暗時(shí)報(bào)警。工作過程分析如下：當(dāng)光照較強(qiáng)時(shí)，兩個(gè)比較器的輸出電壓分別為（5V，0V），LED1點(diǎn)亮，三極管BJT1被導(dǎo)通，報(bào)警電路被導(dǎo)通，蜂鳴器報(bào)警；光照適宜時(shí)， 兩個(gè)比較器的輸出電壓分別為（-5V，0），LED2被點(diǎn)亮，三極管BJT1截止，報(bào)警電路也截止； 光照黑暗時(shí)，兩個(gè)比較器的輸出電壓分別為（-5V，5V），LED2、LED3被點(diǎn)亮，BJT2被導(dǎo)通，報(bào)警電路也被導(dǎo)通，蜂鳴器報(bào)警。2 硬件電路設(shè)計(jì)與分析2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)STC12C5A08S2簡(jiǎn)介：新一代宏晶芯片具有1個(gè)時(shí)鐘/機(jī)器周期，高速、高可靠，2路PWM，8路10位

15、高速A/D轉(zhuǎn)換，25萬次/秒1T 8051帶總線,無法解密,管腳直接兼容傳統(tǒng)89C52,有全球唯一ID號(hào)可省復(fù)位電路,36-44個(gè)I/O內(nèi)部R/C時(shí)鐘的新一代宏晶芯片加密性強(qiáng)，解密難度高。中斷系統(tǒng)是使處理器具有對(duì)外界異步事件的處理能力而設(shè)置的。當(dāng)中央處理器CPU正在處理某件事的時(shí)候外界發(fā)生了緊急事件，要求CPU暫停當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)而去處理這個(gè)緊急事件。時(shí)鐘電路。由于頻率較大時(shí)，三角波、正弦波、方波等波中每一點(diǎn)延時(shí)時(shí)間為幾微秒，故延時(shí)時(shí)間還要加上指令時(shí)間即可得到指定頻率的波形，該電路用24MHz晶振。如下圖： 圖2 主控電路圖寬電壓：5.53.3V，2.23.6V（STC12LE5A60S2系列）

16、 增加第二復(fù)位功能腳（高可靠復(fù)位，可調(diào)整復(fù)位門檻電壓，頻率<12MHz時(shí)，無需此功能）增加外部掉電檢測(cè)電路,可在掉電時(shí),及時(shí)將數(shù)存進(jìn)EEPROM,正常工作時(shí)無需操作EEP 低功耗設(shè)計(jì)：空閑模式,HOLTEK芯片解密，（可由任意一個(gè)中斷喚醒） 低功耗設(shè)計(jì)：掉電模式（可由外部中斷喚醒），可支持上升沿和遠(yuǎn)程喚醒 工作頻率：035MHz，相當(dāng)于普通8051：0420MHz 圖3 單片機(jī)內(nèi)部接入2.2光敏電阻的主要特性及參數(shù)（1）光電流、亮電阻。光敏電阻器在一定的外加電壓下，當(dāng)有光照射時(shí)，流過的電流稱為光電流，外加電壓與光電流之比稱為亮電阻，常用“100LX”表示。 （2）暗電流、暗電阻。光敏電阻

17、在一定的外加電壓下，當(dāng)沒有光照射的時(shí)候，流過的電流稱為暗電流。外加電壓與暗電流之比稱為暗電阻，常用“0LX”表示。 （3）靈敏度。靈敏度是指光敏電阻不受光照射時(shí)的電阻值（暗電阻）與受光照射時(shí)的電阻值（亮電阻）的相對(duì)變化值。 (4）在一定外加電壓下，光敏電阻的光電流和光通量之間的關(guān)系。不同類型光敏電阻光照特性不同，但光照特性曲線均呈非線性。因此它不宜作定量檢測(cè)元件，這是光敏電阻的不足之處。一般在自動(dòng)控制系統(tǒng)中用作光電開關(guān)。 、（5）光敏電阻的光譜特性光譜特性與光敏電阻的材料有關(guān)。硫化鉛光敏電阻在較寬的光譜范圍內(nèi)均有較高的靈敏度，峰值在紅外區(qū)域；硫化鎘、硒化鎘的峰值在可見光區(qū)域。因此，在選用光敏電

18、阻時(shí)，應(yīng)把光敏電阻的材料和光源的種 類結(jié)合起來考慮，才能獲得滿意的效果。（6）光敏電阻的伏安特性 在一定照度下，加在光敏電阻兩端的電壓與電流之間的關(guān)系稱為伏安特性。在給定偏壓下,光照度較大，光電流也越大。在一定的光照度下，所加的電壓越大，光電流越大，而且無飽和現(xiàn)象。但是電壓不能無限地增大，因?yàn)槿魏喂饷綦娮瓒际茴~定功率、最高工作電和額定電流的限制。超過最高工作電壓和最大額定電流，可能導(dǎo)致光敏電阻永久性損壞。（7）當(dāng)光敏電阻受到脈沖光照射時(shí)，光電流要經(jīng)過一段時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定值，而在停止光照后，光電流也不立刻為零，這就是光敏電阻的時(shí)延特性。由于不同材料的光敏，電阻時(shí)延特性不同，所以它們的頻率特性也不

19、同，硫化鉛的使用頻率比硫化鎘高得多，但多數(shù)光敏電阻的時(shí)延都比較大，所以，它不能用在要求快速響應(yīng)的場(chǎng)合。 2.3光敏電阻接入電路圖 圖4 光敏電阻接入電路2.4數(shù)碼管顯示電路 圖5 數(shù)碼管電路 2.5報(bào)警電路采用有源蜂鳴器作為報(bào)警器件。 圖6 光報(bào)警電路和光顯示電路3 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)上，根據(jù)功能分了幾個(gè)模塊編程。模塊主要有：主程序模塊、檢測(cè)光度模塊，比較光亮度模塊。3.1 主程序結(jié)束黃色LED亮，光強(qiáng)度適中AD轉(zhuǎn)換值小于70綠色LED亮，光強(qiáng)度弱檢測(cè)所得電壓進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換開始紅色LED亮，光強(qiáng)度強(qiáng)，蜂鳴器報(bào)警AD轉(zhuǎn)換值小于40光強(qiáng)度檢測(cè)NONOYESYES圖7 主程序的流程框圖應(yīng)用Keil進(jìn)行軟

20、件仿真開發(fā)的主要步驟為：編寫源程序并保存建立工程并添加源文件設(shè)置工程編譯/匯編、連接，產(chǎn)生目標(biāo)文件程序調(diào)試。成功編譯/匯編、連接后，選擇菜單Debug-Start/Stop Debug Session(或按Ctrl+F5鍵)進(jìn)入程序調(diào)試狀態(tài)，Keil提供對(duì)程序的模擬調(diào)試功能，內(nèi)建一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真CPU以模擬執(zhí)行程序。Keil能以單步執(zhí)行(按F11或選擇Debug-Step)、過程單步執(zhí)行(按F10或選擇Debug-Step Over)。如果發(fā)現(xiàn)程序有錯(cuò)，可采用在線匯編功能對(duì)程序進(jìn)行在線修改(Debug-Inline Assambly)，不必執(zhí)行先退出調(diào)試環(huán)境、修改源程序、對(duì)工程重新進(jìn)行編譯/

21、匯編和連接、然后再次進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)的步驟。對(duì)于一些必須滿足一定條件(如按鍵被按下等)才能被執(zhí)行的、難以用單步執(zhí)行方式進(jìn)行調(diào)試的程序行，可采用斷點(diǎn)設(shè)置的方法處理(Debug-Insert/Remove Breakpoint或Debug-Breakpoints等)。3.2 安裝調(diào)試及測(cè)量數(shù)據(jù)分析3.2.1 通電、用萬用表根據(jù)電路圖仔細(xì)檢查各線路連接是否正常。3.2.2 先是調(diào)試單片機(jī)部分，DA和運(yùn)算放大器芯片不接。用STC_ISP_V483軟件通過串口下程序。看是否可以正常下程序。3.2.3可以正常下程序時(shí)，給51單片機(jī)下一個(gè)讓所有I/0口一會(huì)兒輸入0，延時(shí)，再輸出1，以此類推。用萬用表測(cè)量各I/O

22、口得電壓是不是一會(huì)兒高，一會(huì)兒低。3.2.4在單片機(jī)報(bào)警器和LM358芯片，給單片機(jī)下測(cè)試程序，通過看數(shù)碼管輸出是否正常。3.3 出現(xiàn)的問題與解決的方法3.3.1調(diào)試單片機(jī)的串口時(shí)，發(fā)現(xiàn)不能正常的下程序。我想可能是單片機(jī)壞了借了一塊學(xué)習(xí)板測(cè)試了一下單片機(jī)芯片，發(fā)現(xiàn)可以正常下載。這說明很可能是我單片機(jī)的引腳可能出現(xiàn)焊接問題。有可能哪個(gè)引腳虛焊或假焊了。我仔細(xì)查看了電路圖于是我將電路板重新加焊一遍。終于可以正常下載了。3.3.2 開始寫的測(cè)試程序輸出的數(shù)據(jù)誤差很大。我想可能是光敏二極管這一模塊出現(xiàn)了問題，于是不斷的排查和檢測(cè)。最終還是被我弄好了。3.3.4盡可能的讓電路板做到很完美，調(diào)節(jié)好各級(jí)的電

23、阻讓實(shí)驗(yàn)結(jié)果精確。剛開始報(bào)警聲音很小。這也是要檢測(cè)和排查修改的范圍。3.3.5測(cè)量?jī)x器：示波器;直流穩(wěn)壓電源;萬用表。4 實(shí)訓(xùn)的心得體會(huì)我認(rèn)為設(shè)計(jì)此裝置可以讓我們得到適宜的光照，便于調(diào)節(jié)。可以用于大棚蔬菜的培養(yǎng)，路燈的控制，汽車的在夜間行駛時(shí)突遇強(qiáng)光照射司機(jī)的眼睛等問題。當(dāng)汽車行駛時(shí)，光照很強(qiáng)照在司機(jī)的眼睛上時(shí)，光敏電阻可在到達(dá)司機(jī)眼睛之前感受到光照增強(qiáng)此時(shí)可將報(bào)警裝置改為一個(gè)自動(dòng)放下慮光板，可以保護(hù)眼睛同時(shí)可以避免交通事故的發(fā)生。此裝置用于路燈的控制，因?yàn)槎牡娜照詹煌?，此裝置可根據(jù)亮度的不同控制路燈，這樣一來可以節(jié)省資源同時(shí)可以在最需要的時(shí)候開啟路燈。通過本次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)傳感器、電路系統(tǒng)

24、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。也第一次這么近距離的了解自動(dòng)化的含義，了解傳感器。接觸到我們以后需要使用和進(jìn)一步了解的程序。不管是電路理論，還是實(shí)際應(yīng)用，經(jīng)過此次設(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。剛開始的的時(shí)候，Protel完全不會(huì)，但經(jīng)過兩天的摸索，也逐步上手了。通過這幾天的努力奮斗，最終做出電路原理圖，心里有一種莫名的成就感。在這次課程設(shè)計(jì)中，我也有很多不足，做事太急。方案的設(shè)計(jì)沒有能實(shí)現(xiàn)很多的功能，知識(shí)面狹隘，學(xué)過的知識(shí)遺忘了。我會(huì)努力將基礎(chǔ)打牢，爭(zhēng)取在下一次的課程設(shè)計(jì)中有新穎的想法，做的東西功能更為全面。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)。 致謝在此，我特別要感謝我的指導(dǎo)老師。王守華、李秀東、童有為、胡機(jī)