基于AT89C52測量光照強度系統(tǒng)設(shè)計論文

1、基于AT89C52測量光照強度系統(tǒng)設(shè)計*（*物理與電子工程系 07級電信1班）摘 要：設(shè)計主要實現(xiàn)單片機對周邊光照強度信息的探測。系統(tǒng)以AT89S52單片機為控制核心，進行了軟硬件的設(shè)計。硬件電路主要包括光敏電阻，單片機的最小系統(tǒng)，放大系統(tǒng)，模數(shù)轉(zhuǎn)化以及液晶顯示五個部分組成。軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計方案,主要完成采集數(shù)據(jù)處理,LCD顯示程序。關(guān)鍵詞：光照強度；AT89S52單片機； A/D轉(zhuǎn)化；引言為了配合生態(tài)系統(tǒng)、大棚作物、路燈控制系統(tǒng)等，研究制作了這個測量光照強度系統(tǒng)。測量光照強度系統(tǒng)主要根據(jù)光敏電阻的特性制作的。光敏電阻值隨受到的光照強度的變化而變化（光照強度越大，電阻值越?。⒐饷綦娮?/p>

2、接入電路中，不同光照強度導致光敏電阻值變化，于是光敏電阻上的電壓發(fā)生變化，導致電路的輸出電壓也相應變化。根據(jù)電壓-光照度函數(shù)關(guān)系，由電壓計算得到光照強度值，然后以可視化界面形式輸出結(jié)果。1系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計由單片機主控電路、光敏電阻測量光照強度、A/D0804模數(shù)轉(zhuǎn)化、LM324放大和LCD液晶顯示等部分組成。它是利用AT89S52單片機和一些外圍電路制作而成，結(jié)合光敏電阻及其輔助電路，是光敏電阻根據(jù)不同的光照強度的阻值變化，從而影響電路中的電壓值，進行放大后顯示出來，以此來檢測光照強度的變化。圖1 設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應。在半導體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有

3、透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻，為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導體。通常采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極，接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi)，以免受潮影響其靈敏度。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當受到光照時，只要光子能量大于半導體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導帶，并在價帶中產(chǎn)生一個帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子空穴對了半導體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對將復合，光

4、敏電阻的阻值也就恢復原值。在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓，其中便有電流通過，受到波長的光線照射時，電流就會隨光強的而變大，從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也加交流電壓。半導體的導電能力取決于半導體導帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。L（光照強度）=K*V（電壓） （1）光敏電阻屬半導體光敏器件，除具靈敏度高，反應速度快，光譜特性及r值一致性好等特點外，在高溫，多濕的惡劣環(huán)境下，還能保持高度的穩(wěn)定性和可靠性，可廣泛應用于照相機，太陽能庭院燈，草坪燈，驗鈔機，石英鐘，音樂杯，禮品盒，迷你小夜燈，光聲控開關(guān)，路燈自動開關(guān)以及各種光控玩具，光控燈飾，燈具等光自動開關(guān)

5、控制領(lǐng)域。2硬件電路設(shè)計21主控電路AT89S52作為普通51單片機已與廣泛應用于各種產(chǎn)品中，其接口簡單，方便使用，且功能強大，因此本系統(tǒng)采用AT89S52單片機作為主控制芯片。單片機主控電路是由AT89S52單片機、時鐘電路和復位電路等部分組成，具體電路如圖4所示。單片機是由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備以及輸出設(shè)計共五個基本部分組成。它是把包括運算器、控制器、少量的存儲器、最基本的輸入輸出口電路、串行口電路、中斷和定時電路等都集成在一個尺寸有限的芯片上。因此，它只需要和適當?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。本設(shè)計充分利用了AT89S52單片機的I/O接口資源，分別控制液

6、晶模塊顯示，按鍵的響應等。時鐘電路用于產(chǎn)生AT89S52單片機所需要的時鐘控制信號，因為單片機的內(nèi)部電路在時鐘信號控制下，才能按照時序指令進行工作。單片機有一個復位引腳REST，高電平有效。在時鐘電路工作以后，當外部電路使得REST端出現(xiàn)2個機器周期(24個時鐘周期)以上的高電平，系統(tǒng)內(nèi)部復位。復位有兩種方式：上電復位和按鈕復位。本設(shè)計的復位電路采用按鈕復位。具體電路如圖所示。放大和模數(shù)轉(zhuǎn)化部分是有LM324和A/D0804構(gòu)成，由LM324將信號進行放大后，A/D0804將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。LM324系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運算放大器。與單電源應用場合的標準運算放大器相比

7、，它們有一些顯著優(yōu)點，消除在許多應用場合中采用外部偏置元件的必要性。A/D 轉(zhuǎn)換就是將模擬信號輸換成數(shù)字信號。A/D 轉(zhuǎn)換器就是用來實現(xiàn)這一功能的器件。 信號輸入端常常是傳感器或相應電路的模擬輸出，由ADC器件轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號再提供給微處理器，以便用作顯示等后期信號處理。物理構(gòu)造：光敏電阻又稱光導管，它幾乎都是用半導體材料制成的光電器件。 光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也可以加交流電壓。無光照時，光敏電阻值（暗電阻）很大，電路中電流（暗電流）很小。當光敏電阻受到一定波長范圍的光照時，它的阻值（亮電阻）急劇減少，電路中電流迅速增大。 一般希望暗電阻越大越好，亮電阻越小

8、越好，此時光敏電阻的靈敏度高。實際光敏電阻的暗電阻值一般在兆歐級，亮電阻在幾千歐以下。 光敏電阻的原理結(jié)構(gòu)：它是涂于玻璃底板上的一薄層半導體物質(zhì)，半導體的兩端裝有金屬電極，金屬電極與引出線端相連接，光敏電阻就通過引出線端接入電路。 為了防止周圍介質(zhì)的影響，在半導體光敏層上覆蓋了一層漆膜，漆膜的成分應使它在光敏層最敏感的波長范圍內(nèi)透射率最大。工作原理：光敏電阻接有一個穩(wěn)定電壓，當光照度變化時，光敏電阻的阻值會改變，通過比例放大器輸出電阻的壓降。2.4 LCD液晶顯示LCD 液晶顯示器是 Liquid Crystal Display 的簡稱，LCD 的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃當中放置液態(tài)的晶體，兩片

9、玻璃中間有許多垂直和水平的細小電線，透過通電與否來控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來產(chǎn)生畫面。在單片機系統(tǒng)中應用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點：顯示質(zhì)量高：由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。數(shù)字式接口：液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。體積小、重量輕：液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。功耗低：相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上

10、，因而耗電量比其它顯示器要少得多。字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應用中并無差別，1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:162個字符，芯片工作電壓:4.55.5V，工作電流:2.0mA(5.0V)，模塊最佳工作電壓:5.0V，字符尺寸:2.954.35(WH)mm。由于本次設(shè)計的顯示模塊需要顯示多位數(shù)字，如果采用數(shù)碼管顯示的話將會 4占用多個單片機I/O口,使得電路變得更為復雜。所以選用液晶顯示

11、，1602LCD符合基本條件，能夠采用。3軟件設(shè)計3.1 主程序流程圖主程序初始化后，等待定時器T0中斷,程序流程圖如圖3-1所示。3.2 T0中斷子程序當計數(shù)變量Count=20時，進入定時器T0中斷,啟動A/D轉(zhuǎn)換，并讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的值送液晶顯示。程序流程圖如圖3-2所示。圖3-2 T0中斷子程序 圖3-1 主程序4測量結(jié)果采樣得到的模擬值經(jīng)過AD轉(zhuǎn)化后為電壓值，電壓范圍為0-5V。而考慮到實際生活中，一般照明為200lux，重點照明為300lux，所以實驗中可顯示的光照強度為0-500lux。于是參考兩者之間的線性關(guān)系，定下入下圖的關(guān)系：圖4-1 電壓-光照度函數(shù)誤差分析：精度誤差，由于元

12、器件的精度不夠高，器件性能不穩(wěn)定，而產(chǎn)生的誤差，例如，和光敏電阻串聯(lián)在一起分壓的電阻實際阻值比應有阻值低，導致分得的電壓少，從而導致測量誤差，放大和A/D轉(zhuǎn)換時的誤差等。環(huán)境誤差，由于溫度，氣壓，光照，濕度等環(huán)境因素對整體電路或元件的影響。 5總結(jié)通過調(diào)試，測量光照系統(tǒng)電路都工作良好，經(jīng)過了長時間的運行，未出現(xiàn)不良情況。至此，本設(shè)計完成并達到了預期目的。通過這次課程設(shè)計，我受益匪淺。不僅在硬件上了解到很多知識，在編程測技巧上也有了很大的提高。在整個制作過程中，遇到了很多問題，比如程序沒有錯誤，多不能正常運行，最后經(jīng)檢查是指令不夠規(guī)范；電路有部分不能正常工作，因為焊接不牢固等。也同時暴露了其他很

13、多問題，比如有點知識點掌握不夠全面和準確，但是通過自己的不屑努力以及老師和其他同學的幫助，都得到了較好的解決。經(jīng)過這幾個月的畢業(yè)設(shè)計過程，我更加懂得把自己的學習知識應用在實際中，更熟練的應用自己學習的知識，以及設(shè)計及焊接電路的技巧，使我了解到了所學知識的用途.在這里我也更加深刻的體會到了自己從書本上學習并靈活應用知識的重要，同時查閱參考書，在網(wǎng)上查找相關(guān)資料都能夠給我們提供很多寶貴的信息。最后就是要不斷完善和修改，使功能的實現(xiàn)更加完善，同時可以提高我們對知識的靈活運用。（指導教師：*）參考文獻:1胡漢才. 單片機原理及接口技術(shù)M.清華大學出版社,19964楊世成. 信號放大電路M.電子工業(yè)出版

14、社,1995Based on the AT89C52 single measurement light intensity system design*(Class 1, Grade 2007 telecommunication, college of physics and electricalengineering,*)Abstract:Design mainly realizes the monolithic integrated circuit to surrounding light intensity information detection. AT89S52 SCM system with the as control core, hardware and software design. Hardware circuit include photoconductive resistance, SCMs smallest system, amplification syst