數(shù)字式光照強(qiáng)度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

數(shù)字式光照強(qiáng)度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)哈爾濱工程大學(xué)電子電路綜合實(shí)驗(yàn)選題十三指導(dǎo)老師:高敬程說(shuō)明上課時(shí)間：第三周（4系）第四周（5.8系）1）周六/日時(shí)段：周六:8:00am-9:00pm，周日：8:00am-5:30pm；2）工作日時(shí)段：周一-周四：3:30pm-9:10pm；上課實(shí)驗(yàn)室：第三周周六/日，第四周工作日，21b396高頻實(shí)驗(yàn)室；第四周周六/日，21b458實(shí)驗(yàn)室；提前預(yù)約選優(yōu)考試將定在第七周左右課程說(shuō)明另外實(shí)驗(yàn)三課表已發(fā)布到網(wǎng)上，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)之前一定上網(wǎng)預(yù)約與自己選題相對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程時(shí)間，否則有可能不計(jì)實(shí)驗(yàn)成績(jī)，網(wǎng)上只發(fā)布一個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，學(xué)生只需預(yù)約及刷卡一次就可以（如周一或周六的實(shí)驗(yàn)時(shí)間）。實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字式光照強(qiáng)度檢測(cè)儀，用數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片采集測(cè)量光照強(qiáng)度，并用譯碼芯片在數(shù)碼管顯示接收光強(qiáng)結(jié)果，同時(shí)通過(guò)比較器和多路光敏電阻來(lái)判斷光照射方向。1.光敏電阻的工作原理及結(jié)構(gòu)當(dāng)無(wú)光照時(shí)，光敏電阻值(暗電阻)很大，電路中電流很小當(dāng)有光照時(shí)，光敏電阻值(亮電阻)急劇減少，電流迅速增加光敏電阻的結(jié)構(gòu)1.玻璃2.光電導(dǎo)層3.電極4.絕緣襯底5.金屬殼6.黑色絕緣玻璃7.引線光敏電阻的靈敏度易受潮濕的影響，因此要將光電導(dǎo)體嚴(yán)密封裝在帶有玻璃的殼體中。半導(dǎo)體吸收光子而產(chǎn)生的光電效應(yīng)，只限于光照的表面薄層。光敏電阻的電極一般采用梳狀，提高了光敏電阻的靈敏度。靈敏度高，光譜特性好，光譜響應(yīng)從紫外區(qū)一直到紅外區(qū)。而且體積小、重量輕、性能穩(wěn)定梳狀電極

（1）暗電阻和暗電流光敏電阻在室溫條件下，在全暗后經(jīng)過(guò)一定時(shí)間測(cè)量的電阻值，稱為暗電阻。此時(shí)流過(guò)的電流，稱為暗電流。（2）亮電阻光敏電阻在某一光照下的阻值，稱為該光照下的亮電阻，此時(shí)流過(guò)的電流稱為亮電流。

（3）光電流亮電流與暗電流之差，稱為光電流。2．光敏電阻的主要參數(shù)（1）伏安特性（2）光照特性（3）光譜特性（4）響應(yīng)時(shí)間和頻率特性（5）溫度特性3．光敏電阻的基本特性

（1）伏安特性

在一定照度下，光敏電阻兩端所加的電壓與光電流之間的關(guān)系在給定的偏壓情況下，光照度越大，光電流也就越大；在一定光照度下，加的電壓越大，光電流越大，沒(méi)有飽和現(xiàn)象。光敏電阻的最高工作電壓是由耗散功率決定的，耗散功率又和面積以及散熱條件等因素有關(guān)。

（2）光照特性光敏電阻的光電流與光強(qiáng)之間的關(guān)系由于光敏電阻的光照特性呈非線性，因此不宜作為測(cè)量元件，一般在自動(dòng)控制系統(tǒng)中常用作開關(guān)式光電信號(hào)傳感元件。

（4）響應(yīng)時(shí)間和頻率特性光電導(dǎo)的弛豫現(xiàn)象：光電流的變化對(duì)于光的變化，在時(shí)間上有一個(gè)滯后。通常用響應(yīng)時(shí)間t表示。光敏電阻圖示光敏電阻演示

當(dāng)光敏電阻受到光照時(shí)，光生電子—空穴對(duì)增加，阻值減小，電流增大。暗電流（越小越好）光照強(qiáng)度的測(cè)定照度是反映光照強(qiáng)度的一種單位，其物理意義是照射到單位面積上的光通量，照度的單位是每平方米的流明（Lm）數(shù)，也叫做勒克斯（Lux）：1Lux=1Lm/平方米上式中，Lm是光通量的單位，其定義是純鉑在熔化溫度（約1770℃）時(shí)，其1/60平方米的表面面積于1球面度的立體角內(nèi)所輻射的光量。1LUX大約等于1燭光在1米距離的照度,夏日陽(yáng)光下為100，000LUX；陰天室外為10000LUX；室內(nèi)日光燈為100LUX；距60W臺(tái)燈60CM桌面為300LUX；黃昏室內(nèi)為10LUX；夜間路燈為0.1LUX。AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊

所謂A/D轉(zhuǎn)換器就是模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（AnalogtoDigitalConverter簡(jiǎn)稱ADC）是將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)。A/D電路的設(shè)計(jì)ADC0804數(shù)據(jù)線讀寫控制片選時(shí)鐘輸入中斷申請(qǐng)模擬輸入?yún)⒖茧妷?二)典型ADC芯片ADC08041、引腳圖信號(hào)：（1）DB7~DB0：數(shù)據(jù)線，三態(tài)，輸出，可直接接總線。（2）啟動(dòng)：WR?CS啟動(dòng)ADC，同時(shí)清狀態(tài)INTR.（3）狀態(tài)：INTR

轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出低電平。（4）讀數(shù)據(jù)：RD?CS打開三態(tài)門讀取數(shù)據(jù)，同時(shí)清狀態(tài)。2、片內(nèi)時(shí)鐘電路3、接口時(shí)序及接口信號(hào)任務(wù)及要求：結(jié)合采集處理電路和光敏電阻電路共同設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字式光照強(qiáng)度檢測(cè)系統(tǒng)，用數(shù)碼管顯示光照強(qiáng)度。還可以設(shè)置多個(gè)不同方向的光敏電阻，通過(guò)計(jì)算它們的光照強(qiáng)度運(yùn)用比較器以確定當(dāng)前的光照方向。1、實(shí)現(xiàn)采集處理電路的設(shè)計(jì)。2、焊接調(diào)試光敏電阻網(wǎng)絡(luò)。3、通過(guò)比較不同方向測(cè)得的光強(qiáng)值判斷光照方向，在LED燈上顯示。3、焊接調(diào)試選擇器和AD電路，在數(shù)碼管上顯示光照強(qiáng)度。4、通過(guò)外加模擬放大器，將獲得的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光照強(qiáng)度單位下的數(shù)值，并用數(shù)碼管顯示。（白天實(shí)驗(yàn)室日光燈為99LUX-63(十六進(jìn)制)）任務(wù)及要求：利用光敏電阻和外圍電路共同設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字式光照強(qiáng)度檢測(cè)系統(tǒng)。（1）用數(shù)碼管顯示光照強(qiáng)度。（2）設(shè)置多個(gè)不同方向的光敏電阻，通過(guò)計(jì)算它們的光照強(qiáng)度運(yùn)用比較器以確定當(dāng)前的光照方向。（3）將獲得的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光照強(qiáng)度單位下的數(shù)值，并用數(shù)管顯示。設(shè)計(jì)選題的要求(1)、要求在無(wú)光照時(shí)數(shù)碼管顯示00（十六進(jìn)制），室內(nèi)光照最大值顯示63（十六進(jìn)制）。(2)、用數(shù)碼管顯示光照強(qiáng)度，誤差范圍為5~10LUX(以白天中午室內(nèi)日光燈的光照強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)定義為63LUX)。(3)、兩個(gè) LED燈的亮滅顯示光強(qiáng)方位。光敏電阻接入電路比較器電路模擬選擇器接入電路ADC0804數(shù)模轉(zhuǎn)換器模塊數(shù)碼管顯示電路MC14495介紹左圖為MC14495引腳圖：A、B、C、D為二進(jìn)制碼(BCD碼)輸入端

:鎖存控制端，其為低電平時(shí)可以輸入數(shù)據(jù)，為高電平時(shí)鎖存輸入數(shù)據(jù)。h+i：輸入數(shù)據(jù)大于等于10指示位；輸入大于等于10則其輸出高電平，否則為低電平。

:為輸入等于15指示位，若輸入數(shù)據(jù)等于15，則其輸出高電平，否則為高阻狀態(tài)。VDD、VSS為電源和地。MC14495介紹簡(jiǎn)易檢測(cè)電路調(diào)零及放大倍數(shù)調(diào)節(jié)電路（運(yùn)算放大器）

由于光照為零時(shí)，輸出電壓最大，所以要使此時(shí)AD模塊輸入為零，運(yùn)算放大器要接成反相加法器，以實(shí)現(xiàn)光照為零時(shí)顯示為零，光照增加時(shí)AD輸入電壓增加。同時(shí)為了調(diào)試方便，反相輸入的負(fù)壓要可以調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)調(diào)零。反饋電阻也可以調(diào)節(jié)以改變放大倍數(shù)。數(shù)字式光照強(qiáng)度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)元器件清單表數(shù)字式光照強(qiáng)度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)元器件名稱數(shù)量20腳IC座116腳IC座38腳IC座2一位共陰數(shù)碼管LG5011AH2電位器50K3小按鍵1ADC08041CD40511LM3931MC144952OP071光敏電阻2150P電容1104電容110u電解電容11K電阻310K電阻120K電阻130K電阻147K電阻151K電阻1插針1LED燈1實(shí)驗(yàn)報(bào)告設(shè)計(jì)報(bào)告（元件清單，具體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)電路）每次實(shí)驗(yàn)要完成實(shí)驗(yàn)日志。指導(dǎo)教師簽字確認(rèn)。實(shí)驗(yàn)日志作為實(shí)驗(yàn)報(bào)告的一部分上交。實(shí)驗(yàn)日志格式網(wǎng)上下載。仿真（可選做）實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式---實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)—資料下載實(shí)驗(yàn)完成后，電子版的報(bào)告請(qǐng)發(fā)到tx05512@163.com郵件標(biāo)題：選題*+學(xué)號(hào)+姓名+電話號(hào)碼郵件附件包括實(shí)驗(yàn)報(bào)告，如果腐蝕了電路板需附帶schdoc和pcbdoc實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告中要有電路板的實(shí)物圖片以及測(cè)試過(guò)程中示波器上的波形圖片。紙質(zhì)版實(shí)驗(yàn)報(bào)告:截止時(shí)間4.7日實(shí)驗(yàn)報(bào)告在實(shí)驗(yàn)完成一周內(nèi)投到實(shí)驗(yàn)室3樓的實(shí)驗(yàn)報(bào)告箱中，報(bào)告箱上寫著“電子電路綜合實(shí)驗(yàn)”。實(shí)驗(yàn)成績(jī)比重（實(shí)驗(yàn)操作占60%，實(shí)驗(yàn)報(bào)告占40%）相關(guān)補(bǔ)充1:1要求學(xué)生自備烙鐵架，萬(wàn)用表和吸錫器等工具；2要求學(xué)生每天寫實(shí)驗(yàn)日志，實(shí)驗(yàn)日志上記錄當(dāng)天完成的工作、測(cè)量的數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)故障等實(shí)驗(yàn)狀況。實(shí)驗(yàn)日志在網(wǎng)上管理系統(tǒng)的資源下載里。3實(shí)驗(yàn)報(bào)告在實(shí)驗(yàn)完成一周內(nèi)投到實(shí)驗(yàn)室3樓的實(shí)驗(yàn)報(bào)告箱中，報(bào)告箱上寫著“電子電路綜合實(shí)驗(yàn)”。以前有投錯(cuò)的。實(shí)驗(yàn)報(bào)告范例在網(wǎng)上管理系統(tǒng)的資源下載里。相關(guān)補(bǔ)充2:4要求學(xué)生只要預(yù)約一次的實(shí)驗(yàn)課即可。上下課刷卡。5所有學(xué)生可以適當(dāng)調(diào)整時(shí)間，例如第3周的可以調(diào)至4周。6實(shí)驗(yàn)要分模塊，學(xué)生完成每一個(gè)模塊都要有模塊步驟分，要有實(shí)驗(yàn)打分表，按模塊驗(yàn)收。相關(guān)補(bǔ)充3:7要求學(xué)生必須在實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)，如果有課的可以去上課，不得無(wú)故曠課。8優(yōu)秀