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

1、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)哈爾濱工程大學(xué)電子電路綜合實(shí)驗(yàn)選題電子電路綜合實(shí)驗(yàn)選題十三十三指導(dǎo)老師:高敬程說(shuō)明課程說(shuō)明n上課時(shí)間：第三周（上課時(shí)間：第三周（4 4系）第四周（系）第四周（5.85.8系）系）n1）周六/日時(shí)段：周六:8:00am-9:00pm，周日：8:00am-5:30pm；n2）工作日時(shí)段：周一-周四：3:30pm-9:10pm；n上課實(shí)驗(yàn)室：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；n第四周周六/日，21b458實(shí)驗(yàn)室；n提前預(yù)約提前預(yù)約n選優(yōu)考試將定在第七周左右課程說(shuō)明n另外

2、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)要求實(shí)驗(yàn)要求n設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字式光照強(qiáng)度檢測(cè)儀數(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)光敏電阻的工作原理及結(jié)構(gòu)當(dāng)無(wú)光照時(shí)，光敏電阻值當(dāng)無(wú)光照時(shí)，光敏電阻值(暗電阻暗電阻)很大，電路中電流很小很大，電路中電流很小 當(dāng)有光照時(shí)，光敏電阻值當(dāng)有光照時(shí)，光敏電阻值(亮電阻亮電阻)急劇減少

3、，電流迅速增加急劇減少，電流迅速增加光敏電阻的結(jié)構(gòu) 1.玻璃玻璃 2.光電導(dǎo)層光電導(dǎo)層 3.電極電極 4.絕緣襯底絕緣襯底 5.金屬殼金屬殼 6.黑色絕緣玻璃黑色絕緣玻璃 7.引線引線光敏電阻的靈敏度易受潮濕的影響，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。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。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。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)。

4、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)定而且體積小、重量輕、性能穩(wěn)定 梳狀電極梳狀電極 （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)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

5、光電流之間的關(guān)系在一定照度下，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。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，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)。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 n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，由于光敏電阻的光照特性呈非線性，因此不宜作為測(cè)量

6、元件，一般在自動(dòng)控制系統(tǒng)中常用作開(kāi)關(guān)式光電信號(hào)傳感元件。一般在自動(dòng)控制系統(tǒng)中常用作開(kāi)關(guān)式光電信號(hào)傳感元件。 （4）響應(yīng)時(shí)間和頻率特性n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。n通常用響應(yīng)時(shí)間t表示。 光敏電阻圖示光敏電阻演示光敏電阻演示 當(dāng)光敏當(dāng)光敏電阻受到光電阻受到光照時(shí)，照時(shí)，光生光生電子電子空穴空穴對(duì)增加，阻對(duì)增加，阻值減小，電值減小，電流增大。流增大。暗電流（越小越好）暗電流（越小越好）光照強(qiáng)度的測(cè)定n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

7、，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。n1LUX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n 所謂A/D 轉(zhuǎn)換器就是模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（Analog to Digital Converter 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)電路的設(shè)計(jì)ADC0804ADC0804數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線讀寫(xiě)控制讀寫(xiě)控制片選片選時(shí)鐘輸入

8、時(shí)鐘輸入中斷申請(qǐng)中斷申請(qǐng)模擬輸入模擬輸入?yún)⒖茧妷簠⒖茧妷?二) 典型ADC芯片 ADC08041234567891020191817161514131211ADC0804引腳圖CSRDWRCLKININTRVIN（+）VIN（-）VREFDGNDVccCLKRDB0DB2DB3DB4DB5DB7AGND/2DB1DB61、引腳圖信號(hào)：u（1） DB7DB0：數(shù)據(jù)線，三態(tài)，輸出，可直接接總線。u（2）啟動(dòng)： WRCS 啟動(dòng)ADC，同時(shí)清狀態(tài)INTR.u（3）狀態(tài)：INTR 轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出低電平。u（4）讀數(shù)據(jù)：RD CS 打開(kāi)三態(tài)門(mén)讀取數(shù)據(jù)，同時(shí)清狀態(tài)。R10KC150PfCLK=11.1RC=6

9、00KHz2、片內(nèi)時(shí)鐘電路數(shù)據(jù)CSWRINTRRDDB轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)序圖3、接口時(shí)序及接口信號(hào)任務(wù)及要求：任務(wù)及要求：n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。n1、實(shí)現(xiàn)采集處理電路的設(shè)計(jì)。n2、焊接調(diào)試光敏電阻網(wǎng)絡(luò)。n3、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。n3、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。n4、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

10、進(jìn)制)）任務(wù)及要求：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)。n（1）用數(shù)碼管顯示光照強(qiáng)度。n（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。n（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n(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） 。n(2)、用數(shù)碼管顯示光照強(qiáng)度，誤差范圍為510LUX(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 )。n(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

11、器模塊數(shù)碼管顯示電路MC14495介紹LE左圖為左圖為MC14495引腳圖：引腳圖： A、B、C、D為二進(jìn)制碼為二進(jìn)制碼(BCD碼碼)輸入端輸入端 :鎖存控制端，其為低電平時(shí)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)鎖存可以輸入數(shù)據(jù)，為高電平時(shí)鎖存輸入數(shù)據(jù)。輸入數(shù)據(jù)。 h+i：輸入數(shù)據(jù)大于等于：輸入數(shù)據(jù)大于等于10指示位；指示位；輸入大于等于輸入大于等于10則其輸出高電平，則其輸出高電平，否則為低電平。否則為低電平。 :為輸入等于為輸入等于15指示位，若輸指示位，若輸入數(shù)據(jù)等于入數(shù)據(jù)等于15，則其輸出高電平，則其輸出高電平，否則為高阻狀態(tài)。否則為高阻狀態(tài)。 VDD、VSS為電源和地。為電

12、源和地。VCRMC14495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） +5VR920kC210000000nFC310000nF3267481U6OP07C-5V49%RV150kR520kR1010kR1130k50%RV21kR1210kn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)元器件清單表數(shù)字式光照強(qiáng)度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)實(shí)

13、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)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告n設(shè)計(jì)報(bào)告（元件清單，具體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)電路）設(shè)計(jì)報(bào)告（元件清單，具體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)電路）n每次實(shí)驗(yàn)要完成實(shí)驗(yàn)日志。指導(dǎo)教師簽字每次實(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。交。實(shí)驗(yàn)日志格式

14、網(wǎng)上下載。n仿真（可選做）仿真（可選做）實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告n實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式-實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)資料下載資料下載n實(shí)驗(yàn)完成后，電子版的報(bào)告請(qǐng)發(fā)到實(shí)驗(yàn)完成后，電子版的報(bào)告請(qǐng)發(fā)到n郵件標(biāo)題：選題郵件標(biāo)題：選題* *+ +學(xué)號(hào)學(xué)號(hào)+ +姓名姓名+ +電話號(hào)碼電話號(hào)碼n郵件附件包括實(shí)驗(yàn)報(bào)告，如果腐蝕了電路郵件附件包括實(shí)驗(yàn)報(bào)告，如果腐蝕了電路板需附帶板需附帶schdocschdoc和和pcbdocpcbdoc實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告n實(shí)驗(yàn)報(bào)告中要有電路板的實(shí)物圖片以及測(cè)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。試過(guò)程中示波器上的波形圖片。n紙質(zhì)版實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙質(zhì)版實(shí)驗(yàn)報(bào)告: :截止

15、時(shí)間截止時(shí)間4.74.7日日n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(xiě)著“電子電路綜合實(shí)驗(yàn)”。n實(shí)驗(yàn)成績(jī)比重（實(shí)驗(yàn)操作占實(shí)驗(yàn)成績(jī)比重（實(shí)驗(yàn)操作占60%60%，實(shí)驗(yàn)報(bào)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告占告占40%40%）相關(guān)補(bǔ)充1:n1要求學(xué)生自備烙鐵架，萬(wàn)用表和吸錫器等工具；n2要求學(xué)生每天寫(xiě)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。n3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(xiě)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:n4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。n5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。n6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)