光敏電阻傳感器論文

word文檔精品文檔分享傳感器綜合設(shè)計實訓(xùn)(論文)說明書題目：光敏電阻檢測光照亮度院力學(xué)與光電物理學(xué)院專業(yè)：應(yīng)用物理學(xué)XX：江運(yùn)學(xué)號：2021305066指導(dǎo)教師：李洋2021年6月20號word文檔精品文檔分享用紙第1頁共2頁摘要本設(shè)計題目是光敏電阻測量光照強(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，通過測量輸出電壓值的大小就可以間接的測量光照的強(qiáng)度了。本設(shè)計有光照強(qiáng)度報警控制系統(tǒng)和光照強(qiáng)度等級顯示電路以及光照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，用蜂鳴器來做報警電路。本設(shè)計電路各個局部電路的設(shè)計原理及功能都能實現(xiàn)，要求對各種根本的電子元器件，電阻、電容、二極管、三極管等熟悉，掌握Proteus仿真軟件的運(yùn)用、Protel99SE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)換實現(xiàn)模擬轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，通過編程控制各個外圍電路并實現(xiàn)其功能。本設(shè)計具有有線路簡單、構(gòu)造緊湊、價格低廉、性能優(yōu)越等特點。關(guān)鍵詞：光照強(qiáng)度；光敏電阻；單片機(jī)word文檔精品文檔分享用紙第2頁共2頁AbstractsThisdesignisentitledtothephotoresistortomeasurelightintensity,thestrengthofthelighttochangethephotosensitiveresistorsize,sothattheoutputvoltagechanges,bymeasuringthesizeoftheoutputvoltagevaluecanbeindirectlymeasuringthelightintensity.Thedesignofthelightintensityalarmcontrolsystemandthelightintensityleveldisplaycircuitandilluminationbrightnessofthedisplay.ThisdesignusestheSTCmicrocontroller-basedcontrolcircuit,digitaldisplaylightintensity,lightgreen,yellow,redLEDdisplaybrightnesslevels,todowithbuzzeralarmcircuit.Thedesignofthecircuitdesignprinciplesandfunctionsofvariouspartsofthecircuitcanachieve,requiringavarietyofbasicelectroniccomponents,resistors,capacitors,diodes,transistorsandotherfamiliarandmastertheuseofProteussimulationsoftwareProtel99SEsoftwaretoolssuchasmappingsoftwareanduseofthem.ADoftheinternalmicrocontrollertoconvertanalogintodigital,programmedtocontrolthevariousperipheralcircuitsandtoachieveitsfunction.Thedesignofthecircuitissimple,compact,lowcost,superiorperformancecharacteristics.Keywords：Lightintensity;photosensitiveresistance;MCUword文檔精品文檔分享XX電子科技大學(xué)訓(xùn)〔論文〕報告用紙第1頁共1頁目錄引言1.系統(tǒng)概述1.1設(shè)計要求1.2方案設(shè)計1.2.1方案說明1.2.2方案論證2.硬件電路設(shè)計與分析2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)2.2光敏電阻的主要特性及參數(shù)2.3光敏電阻接入電路圖2.4數(shù)碼管顯示電路2.5報警電路3.軟件設(shè)計3.1主程序3.2安裝調(diào)試及測量數(shù)據(jù)分析3.3出現(xiàn)的問題與解決的方法4.實訓(xùn)的心得體會致謝參考文獻(xiàn)附錄word文檔精品文檔分享XX電子科技大學(xué)訓(xùn)〔論文〕報告用紙第1頁共13頁引言光照強(qiáng)度自動檢測顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以自動檢測光照強(qiáng)度的強(qiáng)弱并顯示讓人們知道此時光照強(qiáng)度的強(qiáng)弱。人們可以設(shè)定光照強(qiáng)度的X圍，一旦超出此X圍該系統(tǒng)可以發(fā)出警報通知或直接采取措施使光照強(qiáng)度在此X圍內(nèi)。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)計可分為三局部：即光照檢測局部、信號處理局部、光強(qiáng)顯示局部。還可加上報警局部。對于光照檢測局部可利用光敏電阻傳感器作為檢測元件，它可以完成從光強(qiáng)到電阻值的信號轉(zhuǎn)換，再把電阻值轉(zhuǎn)換為電信號就可以作為系統(tǒng)的輸入信號。對輸入信號處理后，就可以用來顯示了。對于顯示局部可利用數(shù)碼管來顯示，不同的光強(qiáng)對應(yīng)于不同數(shù)碼管顯示值，就能簡單的顯示出不同的光強(qiáng)了。1系統(tǒng)概述1.1設(shè)計要求設(shè)計一個光照強(qiáng)度自動檢測、顯示、〔報警〕系統(tǒng)，實現(xiàn)對外界三種不同條件下光強(qiáng)的分檔指示和報警〔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。(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(yùn)算放大器構(gòu)成的比擬器完成，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(qiáng)度自動檢測顯示報警系統(tǒng)電路方框圖、電路原理圖的設(shè)計；(4)完成自然光光照強(qiáng)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)計完畢后，進(jìn)展仿真調(diào)試。〔〕不斷檢測設(shè)計和實踐的相差情況〔〕仿真調(diào)試方案〔〕給出系統(tǒng)整機(jī)電路圖。〔〕完成課程設(shè)計報告word文檔精品文檔分享XX電子科技大學(xué)訓(xùn)〔論文〕報告用紙第2頁共13頁1.2方案設(shè)計1.2.1方案說明(1)傳感器選擇：選用光敏電阻作為采集光照信號的傳感器。(2)電阻測試：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)的實用價值,確定了光照適宜時的光敏電阻值的X圍為1.4--3.6k歐，當(dāng)光照過強(qiáng)時，LED1點亮，蜂鳴器報警；光照適宜時，點亮；黑暗時，點亮，蜂鳴器也報警。即光照不適宜時就會報警，所以該系統(tǒng)不但可以完成光強(qiáng)的顯示、報警，而且可以判斷光照是否適宜。原理框圖如下：光信號信號數(shù)碼管顯示電路敏轉(zhuǎn)處電阻換電路理電路報警電路圖1原理框圖1.2.2方案論證(1)光照強(qiáng)度的信號采集局部采用光敏電阻作為信號采集器件。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,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，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)X圍寬；體積小、重量輕、機(jī)械強(qiáng)度高、耐沖擊、耐震動、抗過載能力強(qiáng)和壽命長等特點。所以選擇光敏電阻采集光照信號，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，就把對光照信號的處理轉(zhuǎn)化為對電壓信號V的處理。word文檔精品文檔分享XX電子科技大學(xué)訓(xùn)〔論文〕報告用紙第3頁共13頁(2)信號處理局部：采用集成電壓比擬器LM358N作為信號處理的核心元件，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)換為三個電壓值V1，V2，V3作為比擬器的輸入電壓；兩個比擬器設(shè)置兩個參考電壓Vref1，Vref2。工作過程分析如下：光照較強(qiáng)時V1>Vref1>Vref2，兩個比擬器的輸出電壓分別為〔5V，0V光照適宜時Vref1>V2>Vref2，兩個比擬器的輸出電壓分別為〔-5V，0光照黑暗時V3<Vref2<Vref1兩個比擬器的輸出電壓分別為〔-5V，5V就完成了從模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換,顯示局部就變得容易了。(3)光強(qiáng)顯示局部采用數(shù)碼管管顯示不同的光強(qiáng)狀態(tài)。由于比擬器的驅(qū)動能力有限，所以在輸出端加一個上拉電阻提高其驅(qū)動能力。電路連接如原理圖所示，分析如下：當(dāng)光照較強(qiáng)時，兩個比擬器的輸出電壓分別為〔5V，0VLED1點亮；光照適宜時，兩個比擬器的輸出電壓分別為〔-5V，0LED2被點亮；光照黑暗時，兩個比較器的輸出電壓分別為〔-5V，5VLED2、LED3被點亮。這樣三種狀態(tài)就顯示出來了?！?〕光報警局部采用有源蜂鳴器作為報警器件。電路連接如原理圖所示，用兩個NPN型BJT三極管的導(dǎo)通來控制報警電路的導(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)通受光照的控制。所以光強(qiáng)就可以控制報警器了，設(shè)計方案采用了當(dāng)光照較強(qiáng)或較暗時報警。工作過程分析如下：當(dāng)光照較強(qiáng)時，兩個比較器的輸出電壓分別為〔5V，0VLED1點亮，三極管BJT1被導(dǎo)通，報警電路被導(dǎo)通，蜂鳴器報警；光照適宜時，兩個比擬器的輸出電壓分別為〔-5V，LED2被點亮，三極管BJT1截止，報警電路也截止；光照黑暗時，兩個比擬器的輸出電壓分別為〔-5V，5VLED2、被點亮，BJT2被導(dǎo)通，報警電路也被導(dǎo)通，蜂鳴器報警。2硬件電路設(shè)計與分析2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)STC12C5A08S2簡介：新一代宏晶芯片具有1個時鐘/機(jī)器周期，高速、高可靠，2路PWM，8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換，25萬次/秒1T8051帶總線無法解密,管腳直接兼容傳統(tǒng)89C52,有全球唯一ID號可省復(fù)位電路,36-44個I/O內(nèi)部R/C時鐘的新一代宏晶芯片加密性強(qiáng)，word文檔精品文檔分享XX電子科技大學(xué)訓(xùn)〔論文〕報告用紙第4頁共13頁解密難度高。中斷系統(tǒng)是使處理器具有對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)而去處理這個緊急事件。時鐘電路。由于頻率較大時，三角波、正弦波、方波等波中每一點延時時間為幾微秒，故延時時間還要加上指令時間即可得到指定頻率的波形，該電路用24MHz晶振。如下列圖：VCCspAD01234567804單片機(jī)最小系統(tǒng)CCP1.0(T2)P0.0(AD0)VP1.1(T2EX)P0.1(AD1)P1.2P0.2(AD2)P1.3P0.3(AD3)P1.4P0.4(AD4)P1.5(MOS)P0.5(AD5)P1.6(MISO)P0.6(AD6)P1.7(SCK)P0.7(AD7)U13938373635343332910111230PFC1l2l1l3Y112MHz13121514311918INT1P3.3INT0P3.2T1P3.5T0P3.4EA/VPPXATL1XATL2P2.0(A8)P2.1(A9)P2.2(A10)P2.3(A11)P2.4(A12)P2.5(A13)P2.6(A14)P2.7(A15)21222324252627281234567830PFC2S2Reset91716RESETRDP3.7WRP3.6DNG(RXD)P3.0(TXD)P3.1ALE/PROGPSEN10113029C3+R002805132110KJ2VCCCON3圖2主控電路圖●寬電壓：5.5～3.3V，～3.6V〔STC12LE5A60S2系列〕●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，無需此功能〕●增加外部掉電檢測電路可在掉電時,及時將數(shù)存進(jìn)EEPROM,正常工作時無需操作EEP●低功耗設(shè)計：空閑模式,HOLTEK●低功耗設(shè)計：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：～35MHz，相當(dāng)于普通：0～420MHzword文檔精品文檔分享XX電子科技大學(xué)訓(xùn)〔論文〕報告用紙第5頁共13頁圖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，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?！?〕暗電流、暗電阻。光敏電阻在一定的外加電壓下，當(dāng)沒有光照射的時候，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?！?〕靈敏度。靈敏度是指光敏電阻不受光照射時的電阻值〔暗電阻〕與受光照射時的電阻值〔亮電阻〕的相對變化值。(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元件，這是光敏電阻的缺乏之處。一般在自動控制系統(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X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，在選用光敏電阻時，應(yīng)把光敏電阻的材料和光源的種word文檔精品文檔分享XX電子科技大學(xué)訓(xùn)〔論文〕報告用紙第6頁共13頁類結(jié)合起來考慮，才能獲得滿意的效果?！病彻饷綦娮璧姆蔡匦栽谝欢ㄕ斩认?，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，因為任何光敏電阻都受額定功率、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?！补怆娏饕?jīng)過一段時間才能到達(dá)穩(wěn)定值，而在停頓光照后，光電流也不立刻為零，這就是光敏電阻的時延特性。由于不同材料的光敏，電阻時延特性不同，所以它們的頻率特性也不同，硫化鉛的使用頻率比硫化鎘高得多，但多數(shù)光敏電阻的時延都比擬大，所以，它不能用在要求快速響應(yīng)的場合。2.3光敏電阻接入電路圖VCCR141K光采樣電路VCCD4PHOTO8VCCR16U2AR153110KLM3582R191KAD0C447p44.7KR1710KR1810K圖4光敏電阻接入電路word文檔精品文檔分享XX電子科技大學(xué)訓(xùn)〔論文〕報告用紙第7頁共13頁2.4數(shù)碼管顯示電路圖5數(shù)碼管電路2.5報警電路采用有源蜂鳴器作為報警器件。圖6光報警電路和光顯示電路word文檔精品文檔分享XX電子科技大學(xué)訓(xùn)〔論文〕報告用紙第8頁共13頁3軟件設(shè)計軟件設(shè)計上，根據(jù)功能分了幾個模塊編程。模塊主要有：主程序模塊、檢測光度模塊，比擬光亮度模塊。3.1主程序開場光強(qiáng)度檢測檢測所得電壓進(jìn)展AD轉(zhuǎn)換AD轉(zhuǎn)換值小于40AD轉(zhuǎn)換NONO值小于70YESYES綠色LED亮，紅色LED黃色LED光強(qiáng)度弱度強(qiáng)，蜂鳴器報警強(qiáng)度適中完畢圖7主程序的流程框圖word文檔精品文檔分享XX電子科技大學(xué)訓(xùn)〔論文〕報告用紙第9頁共13頁應(yīng)用Keil進(jìn)展軟件仿真開發(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)/選擇菜單Debug-Start/StopDebugSession(或按Ctrl+F5鍵)進(jìn)入程序調(diào)試狀態(tài)，Keil提供對程序的模擬調(diào)試功能，內(nèi)建一個功能強(qiáng)大的仿真以模擬執(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-StepOver)。如果發(fā)現(xiàn)程序有錯，可采用在線匯編功能對程序進(jìn)展在線修改(Debug-InlineAssambly,)，不必執(zhí)行先退出調(diào)試環(huán)境、修改源程序、對工程重新進(jìn)展編譯/匯編和連接、然后再次進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)的步驟。對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)展調(diào)試的程序行，可采用斷點設(shè)置的方法處理(Debug-Insert/RemoveBreakpoint或Debug-Breakpoints,等)。3.2安裝調(diào)試及測量數(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)局部，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?？词欠窨梢哉Ｏ鲁绦颉?.2.3可以正常下程序時，給51單片機(jī)下一個讓所有I/0口一會兒輸入0，延時，再輸出1，以此類推。用萬用表測量各I/O口得電壓是不是一會兒高，一會兒低。3.2.4在單片機(jī)報警器和LM358芯片，給單片機(jī)下測試程序，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，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開場寫的測試程序輸出的數(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。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)好各級的電阻讓實驗結(jié)果精確。剛開場報警聲音很小。這也是要檢測和排查修改的X圍。3.3.5測量儀器：示波器;直流穩(wěn)壓電源萬用表。word文檔精品文檔分享XX電子科技大學(xué)訓(xùn)〔論文〕報告0紙第10頁共13頁4實訓(xùn)的心得體會我認(rèn)為設(shè)計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突遇強(qiáng)光照射司機(jī)的眼睛等問題。當(dāng)汽車行駛時，光照很強(qiáng)照在司機(jī)的眼睛上時，光敏電阻可在到達(dá)司機(jī)眼睛之前感受到光照增強(qiáng)此時可將報警裝置改為一個自動放下慮光板，可以保護(hù)眼睛同時可以防止交通事故的發(fā)生。此裝置用于路燈的控制，因為冬夏的日照不同，此裝置可根據(jù)亮度的不同控制路燈，這樣一來可以節(jié)省資源同時可以在最需要的時候開啟路燈。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(qiáng)了我的實際動手能力。也第一次這么近距離的了解自動化的含義，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)X化，標(biāo)準(zhǔn)化，仿真軟件不熟悉等。剛開場的的時候，Protel完全不會，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)計中，我也有很多缺乏，做事太急。方案的設(shè)計沒有能實現(xiàn)很多的功能，知識面狹隘，學(xué)過的知識遺忘了。我會努力將根底打牢，爭取在下一次的課程設(shè)計中有新穎的想法，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)自己有很多缺乏。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。word文檔精品文檔分享XX電子科技大學(xué)訓(xùn)〔論文〕報告1紙第11頁共13頁致謝在此，我特別要感謝我的指導(dǎo)教師。王守