數(shù)字式光照強度檢測儀的設計實現(xiàn)

數(shù)字式光照強度檢測儀的設計實現(xiàn)哈爾濱工程大學電子電路綜合實驗選題十三指導老師:高敬程說明上課時間：第三周（4系）第四周（5.8系）1）周六/日時段：周六:8:00am-9:00pm，周日：8:00am-5:30pm；2）工作日時段：周一-周四：3:30pm-9:10pm；上課實驗室：第三周周六/日，第四周工作日，21b396高頻實驗室；第四周周六/日，21b458實驗室；提前預約選優(yōu)考試將定在第七周左右課程說明另外實驗三課表已發(fā)布到網上，學生在實驗之前一定上網預約與自己選題相對應的實驗課程時間，否則有可能不計實驗成績，網上只發(fā)布一個綜合實驗的時間，學生只需預約及刷卡一次就可以（如周一或周六的實驗時間）。實驗要求設計一個數(shù)字式光照強度檢測儀，用數(shù)模轉換芯片采集測量光照強度，并用譯碼芯片在數(shù)碼管顯示接收光強結果，同時通過比較器和多路光敏電阻來判斷光照射方向。1.光敏電阻的工作原理及結構當無光照時，光敏電阻值(暗電阻)很大，電路中電流很小當有光照時，光敏電阻值(亮電阻)急劇減少，電流迅速增加光敏電阻的結構1.玻璃2.光電導層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，因此要將光電導體嚴密封裝在帶有玻璃的殼體中。半導體吸收光子而產生的光電效應，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，在全暗后經過一定時間測量的電阻值，稱為暗電阻。此時流過的電流，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，此時流過的電流稱為亮電流。

（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）響應時間和頻率特性（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。

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

（4）響應時間和頻率特性光電導的弛豫現(xiàn)象：光電流的變化對于光的變化，在時間上有一個滯后。通常用響應時間t表示。光敏電阻圖示光敏電阻演示

當光敏電阻受到光照時，光生電子—空穴對增加，阻值減小，電流增大。暗電流（越小越好）光照強度的測定照度是反映光照強度的一種單位，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，其1/60平方米的表面面積于1球面度的立體角內所輻射的光量。1LUX大約等于1燭光在1米距離的照度,夏日陽光下為100，000LUX；陰天室外為10000LUX；室內日光燈為100LUX；距60W臺燈60CM桌面為300LUX；黃昏室內為10LUX；夜間路燈為0.1LUX。AD模數(shù)轉換模塊

所謂A/D轉換器就是模擬/數(shù)字轉換器（AnalogtoDigitalConverter簡稱ADC）是將輸入的模擬信號轉換成為數(shù)字信號。A/D電路的設計ADC0804數(shù)據(jù)線讀寫控制片選時鐘輸入中斷申請模擬輸入參考電壓(二)典型ADC芯片ADC08041、引腳圖信號：（1）DB7~DB0：數(shù)據(jù)線，三態(tài)，輸出，可直接接總線。（2）啟動：WR?CS啟動ADC，同時清狀態(tài)INTR.（3）狀態(tài)：INTR

轉換結束輸出低電平。（4）讀數(shù)據(jù)：RD?CS打開三態(tài)門讀取數(shù)據(jù)，同時清狀態(tài)。2、片內時鐘電路3、接口時序及接口信號任務及要求：結合采集處理電路和光敏電阻電路共同設計一個數(shù)字式光照強度檢測系統(tǒng)，用數(shù)碼管顯示光照強度。還可以設置多個不同方向的光敏電阻，通過計算它們的光照強度運用比較器以確定當前的光照方向。1、實現(xiàn)采集處理電路的設計。2、焊接調試光敏電阻網絡。3、通過比較不同方向測得的光強值判斷光照方向，在LED燈上顯示。3、焊接調試選擇器和AD電路，在數(shù)碼管上顯示光照強度。4、通過外加模擬放大器，將獲得的電信號轉換成光照強度單位下的數(shù)值，并用數(shù)碼管顯示。（白天實驗室日光燈為99LUX-63(十六進制)）任務及要求：利用光敏電阻和外圍電路共同設計一個數(shù)字式光照強度檢測系統(tǒng)。（1）用數(shù)碼管顯示光照強度。（2）設置多個不同方向的光敏電阻，通過計算它們的光照強度運用比較器以確定當前的光照方向。（3）將獲得的電信號轉換成光照強度單位下的數(shù)值，并用數(shù)管顯示。設計選題的要求(1)、要求在無光照時數(shù)碼管顯示00（十六進制），室內光照最大值顯示63（十六進制）。(2)、用數(shù)碼管顯示光照強度，誤差范圍為5~10LUX(以白天中午室內日光燈的光照強度為標準定義為63LUX)。(3)、兩個 LED燈的亮滅顯示光強方位。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為二進制碼(BCD碼)輸入端

:鎖存控制端，其為低電平時可以輸入數(shù)據(jù)，為高電平時鎖存輸入數(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介紹簡易檢測電路調零及放大倍數(shù)調節(jié)電路（運算放大器）

由于光照為零時，輸出電壓最大，所以要使此時AD模塊輸入為零，運算放大器要接成反相加法器，以實現(xiàn)光照為零時顯示為零，光照增加時AD輸入電壓增加。同時為了調試方便，反相輸入的負壓要可以調節(jié)，以實現(xiàn)調零。反饋電阻也可以調節(jié)以改變放大倍數(shù)。數(shù)字式光照強度檢測儀的設計實現(xiàn)元器件清單表數(shù)字式光照強度檢測儀的設計實現(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實驗報告設計報告（元件清單，具體實驗設計電路）每次實驗要完成實驗日志。指導教師簽字確認。實驗日志作為實驗報告的一部分上交。實驗日志格式網上下載。仿真（可選做）實驗報告實驗報告格式---實驗管理系統(tǒng)—資料下載實驗完成后，電子版的報告請發(fā)到tx05512@163.com郵件標題：選題*+學號+姓名+電話號碼郵件附件包括實驗報告，如果腐蝕了電路板需附帶schdoc和pcbdoc實驗報告實驗報告中要有電路板的實物圖片以及測試過程中示波器上的波形圖片。紙質版實驗報告:截止時間4.7日實驗報告在實驗完成一周內投到實驗室3樓的實驗報告箱中，報告箱上寫著“電子電路綜合實驗”。實驗成績比重（實驗操作占60%，實驗報告占40%）相關補充1:1要求學生自備烙鐵架，萬用表和吸錫器等工具；2要求學生每天寫實驗日志，實驗日志上記錄當天完成的工作、測量的數(shù)據(jù)和實驗故障等實驗狀況。實驗日志在網上管理系統(tǒng)的資源下載里。3實驗報告在實驗完成一周內投到實驗室3樓的實驗報告箱中，報告箱上寫著“電子電路綜合實驗”。以前有投錯的。實驗報告范例在網上管理系統(tǒng)的資源下載里。相關補充2:4要求學生只要預約一次的實驗課即可。上下課刷卡。5所有學生可以適當調整時間，例如第3周的可以調至4周。6實驗要分模塊，學生完成每一個模塊都要有模塊步驟分，要有實驗打分表，按模塊驗收。相關補充3:7要求學生必須在實驗室完成實驗，如果有課的可以去上課，不得無故曠課。8優(yōu)秀