光敏電阻傳感器論文

word文檔精品文檔分享傳感器綜合設計實訓(論文)說明書題目：光敏電阻檢測光照亮度院力學與光電物理學院專業(yè)：應用物理學XX：江運學號：2021305066指導教師：李洋2021年6月20號word文檔精品文檔分享用紙第1頁共2頁摘要本設計題目是光敏電阻測量光照強度，用光照的強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度了。本設計有光照強度報警控制系統和光照強度等級顯示電路以及光照STC單片機為主控制電路，用數碼管顯示光照強度值，用綠、黃、紅LED來顯示光照亮度等級，用蜂鳴器來做報警電路。本設計電路各個局部電路的設計原理及功能都能實現，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仿真軟件的運用、Protel99SE工具軟件等繪圖軟件，并加以運用。用單片機內部的AD轉換實現模擬轉化為數字量，通過編程控制各個外圍電路并實現其功能。本設計具有有線路簡單、構造緊湊、價格低廉、性能優(yōu)越等特點。關鍵詞：光照強度；光敏電阻；單片機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電子科技大學訓〔論文〕報告用紙第1頁共1頁目錄引言1.系統概述1.1設計要求1.2方案設計1.2.1方案說明1.2.2方案論證2.硬件電路設計與分析2.1單片機最小系統2.2光敏電阻的主要特性及參數2.3光敏電阻接入電路圖2.4數碼管顯示電路2.5報警電路3.軟件設計3.1主程序3.2安裝調試及測量數據分析3.3出現的問題與解決的方法4.實訓的心得體會致謝參考文獻附錄word文檔精品文檔分享XX電子科技大學訓〔論文〕報告用紙第1頁共13頁引言光照強度自動檢測顯示系統，該系統可以自動檢測光照強度的強弱并顯示讓人們知道此時光照強度的強弱。人們可以設定光照強度的X圍，一旦超出此X圍該系統可以發(fā)出警報通知或直接采取措施使光照強度在此X圍內。人們可以通過看此裝置的顯示了解現在的光照狀態(tài)，做合理的光照調節(jié)。該設計可分為三局部：即光照檢測局部、信號處理局部、光強顯示局部。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，它可以完成從光強到電阻值的信號轉換，再把電阻值轉換為電信號就可以作為系統的輸入信號。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碼管來顯示，不同的光強對應于不同數碼管顯示值，就能簡單的顯示出不同的光強了。1系統概述1.1設計要求設計一個光照強度自動檢測、顯示、〔報警〕系統，實現對外界三種不同條件下光強的分檔指示和報警〔弱、適宜、強〕。通過采樣到的光照射強度選擇，在數碼管上顯示電壓的大小。(1)自己設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算放大器構成的比擬器完成，完成至少三種以上不同光照條件下顯示報警系統方案的論證和設計；(3)完成自然光光照強度自動檢測顯示報警系統電路方框圖、電路原理圖的設計；(4)完成自然光光照強度自動檢測顯示報警系統中核心芯片的選型、系統中各個參數的計算〔備注：1.含各種元件參數的計算過程或依據2.選定最接近計算結果的元件規(guī)格〕；(5)設計完畢后，進展仿真調試?！病巢粩鄼z測設計和實踐的相差情況〔〕仿真調試方案〔〕給出系統整機電路圖?！病惩瓿烧n程設計報告word文檔精品文檔分享XX電子科技大學訓〔論文〕報告用紙第2頁共13頁1.2方案設計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：在室外太陽光強照射下、室內適宜光照下、室內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：系統功能描述：考慮到系統的實用價值,確定了光照適宜時的光敏電阻值的X圍為1.4--3.6k歐，當光照過強時，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，所以該系統不但可以完成光強的顯示、報警，而且可以判斷光照是否適宜。原理框圖如下：光信號信號數碼管顯示電路敏轉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效應的一種光電器件，無光照時,光敏電阻值〔暗電阻〕很大,電路中電流〔暗電流〕很?。划斒艿焦庹諘r，半導體材料電導率增加，電阻減小。其阻值隨光照增強而減小。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X圍寬；體積小、重量輕、機械強度高、耐沖擊、耐震動、抗過載能力強和壽命長等特點。所以選擇光敏電阻采集光照信號，并把不同的光照強度轉化為不同的電阻值。把光敏電阻串聯在直流電路中即可把不同的電阻值轉化為不同的電壓值，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電子科技大學訓〔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、適宜、黑暗三種光照狀態(tài)轉換為三個電壓值V1，V2，V3作為比擬器的輸入電壓；兩個比擬器設置兩個參考電壓Vref1，Vref2。工作過程分析如下：光照較強時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字信號的轉換,顯示局部就變得容易了。(3)光強顯示局部采用數碼管管顯示不同的光強狀態(tài)。由于比擬器的驅動能力有限，所以在輸出端加一個上拉電阻提高其驅動能力。電路連接如原理圖所示，分析如下：當光照較強時，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三極管的導通來控制報警電路的導通，三極管的導通又受發(fā)光二極管導通與否的控制，發(fā)光二極管的導通受光照的控制。所以光強就可以控制報警器了，設計方案采用了當光照較強或較暗時報警。工作過程分析如下：當光照較強時，兩個比較器的輸出電壓分別為〔5V，0VLED1點亮，三極管BJT1被導通，報警電路被導通，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被導通，報警電路也被導通，蜂鳴器報警。2硬件電路設計與分析2.1單片機最小系統STC12C5A08S2簡介：新一代宏晶芯片具有1個時鐘/機器周期，高速、高可靠，2路PWM，8路10位高速A/D轉換，25萬次/秒1T8051帶總線無法解密,管腳直接兼容傳統89C52,有全球唯一ID號可省復位電路,36-44個I/O內部R/C時鐘的新一代宏晶芯片加密性強，word文檔精品文檔分享XX電子科技大學訓〔論文〕報告用紙第4頁共13頁解密難度高。中斷系統是使處理器具有對外界異步事件的處理能力而設置的。當中央處理器CPU正在處理某件事的時候外界發(fā)生了緊急事件，要求CPU暫停當前的工作，轉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單片機最小系統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〕●增加第二復位功能腳〔高可靠復位，可調整復位門檻電壓，頻率<12MHz時，無需此功能〕●增加外部掉電檢測電路可在掉電時,及時將數存進EEPROM,正常工作時無需操作EEP●低功耗設計：空閑模式,HOLTEK●低功耗設計：掉電模式〔可由外部中斷喚醒〕，可支持上升沿和遠程喚醒●工作頻率：～35MHz，相當于普通：0～420MHzword文檔精品文檔分享XX電子科技大學訓〔論文〕報告用紙第5頁共13頁圖3單片機內部接入2.2光敏電阻的主要特性及參數〔1〕光電流、亮電阻。光敏電阻器在一定的外加電壓下，當有光照射時，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中用作光電開關。、〔5〕光敏電阻的光譜特性光譜特性與光敏電阻的材料有關。硫化鉛光敏電阻在較寬的光譜X圍內均有較高的靈敏度，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電子科技大學訓〔論文〕報告用紙第6頁共13頁類結合起來考慮，才能獲得滿意的效果?！病彻饷綦娮璧姆蔡匦栽谝欢ㄕ斩认拢釉诠饷綦娮鑳啥说碾妷号c電流之間的關系稱為伏安特性。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，可能導致光敏電阻永久性損壞?！补怆娏饕涍^一段時間才能到達穩(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，但多數光敏電阻的時延都比擬大，所以，它不能用在要求快速響應的場合。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電子科技大學訓〔論文〕報告用紙第7頁共13頁2.4數碼管顯示電路圖5數碼管電路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電子科技大學訓〔論文〕報告用紙第8頁共13頁3軟件設計軟件設計上，根據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主程序開場光強度檢測檢測所得電壓進展AD轉換AD轉換值小于40AD轉換NONO值小于70YESYES綠色LED亮，紅色LED黃色LED光強度弱度強，蜂鳴器報警強度適中完畢圖7主程序的流程框圖word文檔精品文檔分享XX電子科技大學訓〔論文〕報告用紙第9頁共13頁應用Keil進展軟件仿真開發(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—設置工程—編譯/匯編、連接，產生目標文件—程序調/選擇菜單Debug-Start/StopDebugSession(或按Ctrl+F5鍵)進入程序調試狀態(tài)，Keil提供對程序的模擬調試功能，內建一個功能強大的仿真以模擬執(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)現程序有錯，可采用在線匯編功能對程序進展在線修改(Debug-InlineAssambly,)，不必執(zhí)行先退出調試環(huán)境、修改源程序、對工程重新進展編譯/匯編和連接、然后再次進入調試狀態(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)行方式進展調試的程序行，可采用斷點設置的方法處理(Debug-Insert/RemoveBreakpoint或Debug-Breakpoints,等)。3.2安裝調試及測量數據分析3.2.1通電、用萬用表根據電路圖仔細檢查各線路連接是否正常。3.2.2先是調試單片機局部，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在單片機報警器和LM358芯片，給單片機下測試程序，通過看數碼管輸出是否正常。3.3出現的問題與解決的方法3.3.1調試單片機的串口時，發(fā)現不能正常的下程序。我想可能是單片機壞了借了一塊學習板測試了一下單片機芯片，發(fā)現可以正常下載。這說明很可能是我單片機的引腳可能出現焊接問題。有可能哪個引腳虛焊或假焊了。我仔細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據誤差很大。我想可能是光敏二極管這一模塊出現了問題，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，調節(jié)好各級的電阻讓實驗結果精確。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電子科技大學訓〔論文〕報告0紙第10頁共13頁4實訓的心得體會我認為設計此裝置可以讓我們得到適宜的光照，便于調節(jié)?？梢杂糜诖笈锸卟说呐囵B(yǎng)，路燈的控制，汽車的在夜間行駛時突遇強光照射司機的眼睛等問題。當汽車行駛時，光照很強照在司機的眼睛上時，光敏電阻可在到達司機眼睛之前感受到光照增強此時可將報警裝置改為一個自動放下慮光板，可以保護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。通過本次課程設計，我對傳感器、電路系統設計有了更深的的理解也加強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一步了解的程序。不管是電路理論，還是實際應用，經過此次設計后我的能力都有了不少提升。同時在本次課程設計時，也暴露了自己的不少毛病，如設計過程中缺乏規(guī)X化，標準化，仿真軟件不熟悉等。剛開場的的時候，Protel完全不會，但經過兩天的摸索，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。在這次課程設計中，我也有很多缺乏，做事太急。方案的設計沒有能實現很多的功能，知識面狹隘，學過的知識遺忘了。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。平常我們上課學習理論知識有時覺得挺容易的，但一旦自己真正動手設計，才發(fā)現自己有很多缺乏。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計。word文檔精品文檔分享XX電子科技大學訓〔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教師。王守