光敏電阻傳感器論文

1、精選文檔傳感器綜合設(shè)計實訓(xùn)(論文)說明書 題 目： 光敏電阻檢測光照亮度 院 （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 學(xué) 號： 2014305066 指導(dǎo)老師： 李洋 2012年6月20號 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)弱來轉(zhuǎn)變光敏電阻的阻值大小，從而使輸出電壓值轉(zhuǎn)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)度報警把握系統(tǒng)和光照強(qiáng)度等級顯示電路以及光照亮度的顯示。本設(shè)計接受了STC單片機(jī)為主把握電路，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)計電路各個部分電路的設(shè)計原理及功

2、能都能實現(xiàn)，要求對各種基本的電子元器件，電阻、電容、二極管、三極管等生疏，把握Proteus 仿真軟件的運用、Protel 99 SE工具軟件等繪圖軟件，并加以運用。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，通過編程把握各個外圍電路并實現(xiàn)其功能。本設(shè)計具有有線路簡潔、結(jié)構(gòu)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) Abstracts This design is entitled to the photoresistor to measure light intensity, the strength of the light to change the photos

3、ensitive 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 illumination brightness of the displ

4、ay. 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 circuit can achieve, requiri

5、ng 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 analog into digital, progra

6、mmed 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 精選文檔 目 錄引言11.系統(tǒng)概述11.1 設(shè)計要求11.2方案設(shè)計21.2.1方案說明21.2.2方案論證22.硬件電路設(shè)計與分析32.1單片

7、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報警電路73.軟件設(shè)計83.1主程序83.2安裝調(diào)試及測量數(shù)據(jù)分析93.3消滅的問題與解決的方法94.實訓(xùn)的心得體會10致謝11參考文獻(xiàn)12附錄13精選文檔引言光照強(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間照強(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)出警報通知或直接實行措施使光照強(qiáng)度在此范圍內(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)整。該設(shè)計可分為三部分：即光照檢測部分、信號處理部分、光強(qiáng)顯示部分。還可加上報警部分。對

8、于光照檢測部分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。對于顯示部分可利用數(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，就能簡潔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)傳感器測量電路接受集成運算放大器構(gòu)成的比較器完成，完成至少三種

9、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)計結(jié)束后，進(jìn)行仿真調(diào)試。（6）不斷檢測設(shè)計和實踐的相差狀況（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)計報告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

10、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)的有用價值,確定了光照適宜時的光敏電阻值的范圍為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，LED2點亮；黑暗時，LED3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，而且可以推斷光照是否適宜。原理框圖如下：數(shù)碼管顯示電路報警電路光敏電阻光敏電阻信號轉(zhuǎn)換電路信號處理電路 圖1 原理框圖1.2.2方案論證(1)光照強(qiáng)度的信號采集部分接受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,

11、光敏電阻值（暗電阻）很大, 電路中電流（暗電流）很?。?當(dāng)受到光照時，半導(dǎo)體材料電導(dǎo)率增加，電阻減小。其阻值隨光照增加而減小。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、耐震驚、抗過載力量強(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。(2)信號處理部分：接受集成電壓比較器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

12、壓值V1，V2，V3作為比較器的輸入電壓；兩個比較器設(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>Vref2，兩個比較器的輸出電壓分別為（5V，0V）；光照適宜時Vref1>V2> Vref2， 兩個比較器的輸出電壓分別為（-5V，0）； 光照黑暗時V3< Vref2 < Vref1 兩個比較器的輸出電壓分別為（-5V，5V）。這樣就完成了從模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換,顯示部分就變得簡潔了。(3)光強(qiáng)顯示部分接受數(shù)碼管管顯示不同的光強(qiáng)狀態(tài)。由于比較器的驅(qū)動力量有限，所以在輸出端加一個上拉電阻提高其驅(qū)動力量。電路連接如原

13、理圖所示，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，0V），LED1點亮；光照適宜時， 兩個比較器的輸出電壓分別為（-5V，0），LED2被點亮； 光照黑暗時，兩個比較器的輸出電壓分別為（-5V，5V），LED2、LED3被點亮。這樣三種狀態(tài)就顯示出來了。（4）光報警部分接受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)通來把握報警電路的導(dǎo)通，三極管的導(dǎo)通又受發(fā)光二極管導(dǎo)通與否的把握，發(fā)光二極管的導(dǎo)通受光照的把握。所以光強(qiáng)就可以把握報警器了，設(shè)計方案接受了當(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，0V

14、），LED1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， 兩個比較器的輸出電壓分別為（-5V，0），LED2被點亮，三極管BJT1截止，報警電路也截止； 光照黑暗時，兩個比較器的輸出電壓分別為（-5V，5V），LED2、LED3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、高牢靠，2路PWM，8路10位高速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號可省復(fù)位電路,36-44個I/O內(nèi)部R/C時

15、鐘的新一代宏晶芯片加密性強(qiáng)，解密難度高。中斷系統(tǒng)是使處理器具有對外界異步大事的處理力量而設(shè)置的。當(dāng)中心處理器CPU正在處理某件事的時候外界發(fā)生了緊急大事，要求CPU暫停當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)而去處理這個緊急大事。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。如下圖： 圖2 主控電路圖寬電壓：5.53.3V，2.23.6V（STC12LE5A60S2系列） 增加其次復(fù)位功能腳（高牢靠復(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,準(zhǔn)時將數(shù)存進(jìn)EEPRO

16、M,正常工作時無需操作EEP 低功耗設(shè)計：空閑模式,HOLTEK芯片解密，（可由任意一個中斷喚醒） 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：035MHz，相當(dāng)于一般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。光敏電阻器在肯定的外加電壓下，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。 （2）暗電流、暗電阻。光敏電阻在肯定的外加電壓下，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。 （3）靈敏度。靈敏度是指光敏電阻

17、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）在肯定外加電壓下，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，這是光敏電阻的不足之處。一般在自動把握系統(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，在選用光敏電阻時，應(yīng)把光敏電阻的材料和光源的種 類結(jié)合起來考慮，才能獲得滿足的效果。（6）光敏電阻的伏安特性 在肯定照度下，加在光敏電阻兩端的電壓與電流之間的關(guān)

18、系稱為伏安特性。在給定偏壓下,光照度較大，光電流也越大。在肯定的光照度下，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，由于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。（7）當(dāng)光敏電阻受到脈沖光照射時，光電流要經(jīng)過一段時間才能達(dá)到穩(wěn)定值，而在停止光照后，光電流也不馬上為零，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較大，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 圖4 光敏電阻接入

19、電路2.4數(shù)碼管顯示電路 圖5 數(shù)碼管電路 2.5報警電路接受有源蜂鳴器作為報警器件。 圖6 光報警電路和光顯示電路3 軟件設(shè)計軟件設(shè)計上，依據(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)度弱檢測所得電壓進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換開頭紅色LED亮，光強(qiáng)度強(qiáng)，蜂鳴器報警AD轉(zhuǎn)換值小于40光強(qiáng)度檢測NONOYESYES圖7 主程序的流程框圖應(yīng)用Keil進(jìn)行軟件仿真開發(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)試。成功編譯/匯編、連接后，選擇菜單Debu

20、g-Start/Stop Debug Session(或按Ctrl+F5鍵)進(jìn)入程序調(diào)試狀態(tài)，Keil供應(yīng)對程序的模擬調(diào)試功能，內(nèi)建一個功能強(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)。假如發(fā)覺程序有錯，可接受在線匯編功能對程序進(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、對工程重新進(jìn)行編譯/匯編和連接、然后再次進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)的步驟。對于一些必需滿足肯定條件(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，可接受斷點設(shè)置的

21、方法處理(Debug-Insert/Remove Breakpoint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、用萬用表依據(jù)電路圖認(rèn)真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，給51單片機(jī)下一個讓全部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 消滅的問題與解決的

22、方法3.3.1調(diào)試單片機(jī)的串口時，發(fā)覺不能正常的下程序。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)覺可以正常下載。這說明很可能是我單片機(jī)的引腳可能消滅焊接問題。有可能哪個引腳虛焊或假焊了。我認(rèn)真查看了電路圖于是我將電路板重新加焊一遍。最終可以正常下載了。3.3.2 開頭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消滅了問題，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善，調(diào)整好各級的電阻讓試驗結(jié)果精確。剛開頭報警聲音很小。這也是要檢測和排查修改的范圍。3.3.5測量儀器：示波器;直流穩(wěn)壓電源;萬用表。4 實訓(xùn)的心得體會我認(rèn)為設(shè)計此

23、裝置可以讓我們得到適宜的光照，便于調(diào)整?？梢杂糜诖笈锸卟说呐嘤窡舻陌盐?，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加此時可將報警裝置改為一個自動放下慮光板，可以愛護(hù)眼睛同時可以避開交通事故的發(fā)生。此裝置用于路燈的把握，由于冬夏的日照不同，此裝置可依據(jù)亮度的不同把握路燈，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)了我的實際動手力量。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

24、理論，還是實際應(yīng)用，經(jīng)過此次設(shè)計后我的力量都有了不少提升。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)范化，標(biāo)準(zhǔn)化，仿真軟件不生疏等。剛開頭的的時候，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，我也有很多不足，做事太急。方案的設(shè)計沒有能實現(xiàn)很多的功能，學(xué)問面狹隘，學(xué)過的學(xué)問遺忘了。我會努力將基礎(chǔ)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)理論學(xué)問有時覺得挺簡潔的，但一旦自己真正動手設(shè)計，才發(fā)覺自己有很多不足。只有實踐才能提高自己的力量，因此我期望有更多類似課程設(shè)計。 致謝在此，我特殊要感謝我的指導(dǎo)老師。王守華、李秀東、童有為、胡機(jī)秀老師他們學(xué)識淵