光敏電阻傳感器論文

1、編號: 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 (系 :信息與通信學院專 業(yè):電子信息工程姓 名:學 號:指導教師:2012年 6月 20號摘 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(tǒng)和光照強度等級顯示電路以及光照 亮度的顯示。 本設計采用了 STC 單片機為主控制電路, 用數(shù)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 個部分電路的設計原理及功能都能實現(xiàn),

2、要求對各種基本的電子元器件,電阻、 電容、二極管、三極管等熟悉,掌握 Proteus 仿真軟件的運用、 Protel 99 SE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(xiàn)模擬轉化為數(shù) 字量, 通過編程控制各個外圍電路并實現(xiàn)其功能。 本設計具有有線路簡單、 結構 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AbstractsThis design is entitled to the photoresistor to measure light intensity , the strength of the light to change the pho

3、tosensitive 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 d

4、isplay. 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, re

5、quiring 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, p

6、rogrammed 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目 錄2. 硬件電路設計與分析 . 3 2.1單片機最小系統(tǒng) . 3 2.2光敏電阻的主要特性及參數(shù) . 5 2.3光敏電阻接入電路圖

7、. 6 2.4數(shù)碼管顯示電路 . 72.5報警電路 . 73. 軟件設計 . 8 3.1主程序 . 8 3.2安裝調試及測量數(shù)據分析 . 93.3出現(xiàn)的問題與解決的方法 . 94. 實訓的心得體會 . 10 致謝 . 11 參考文獻 . 12 附錄 . 13引言光照強度自動檢測顯示系統(tǒng), 該系統(tǒng)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)出警報通知或直接采取措施使光照強度在此范圍內。 人們可以通過 看此裝置的顯示了解現(xiàn)在的光照狀態(tài), 做合理的光照調節(jié)。 該設計可分為三部分:即光照檢測部分、 信號處理部分、 光強顯示

8、部分。 還可加上報警部分。 對于光照 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(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, 不同的光強對應于 不同數(shù)碼管顯示值,就能簡單的顯示出不同的光強了。1 系統(tǒng)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(tǒng),實現(xiàn)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(shù)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

9、電路采用集成運算放大器構成的比較器完成,完成至少三種 以上不同光照條件下顯示報警系統(tǒng)方案的論證和設計;(3完成自然光光照強度自動檢測顯示報警系統(tǒng)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(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 2. 選定最接近 計算結果的元件規(guī)格 ;(5設計結束后,進行仿真調試。(6不斷檢測設計和實踐的相差情況(6仿真調試方案(7給出系統(tǒng)整機電路圖。(8完成課程設計報告(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

10、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 的光敏電阻值的范圍為 1.4-3.6k 歐,當光照過強時, LED1點亮,蜂鳴器報警; 光照適宜時, 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)不但可以完成光強的顯示、 報警, 而且可以判斷光照是否 適宜。原理框圖如下: 圖 1 原理框圖(1光照強度的信號采集部分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 ,

11、電路中電流(暗電流很小; 當 受到光照時, 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、光譜響應范圍寬;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(lián)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。(2信號處理部分:采用集成電壓比較器 LM358N 作為信號處理的核心元件,電路連接如原理圖 所示。光強、適宜、黑暗三種光照狀態(tài)轉換為三

12、個電壓值 V1, V2, V3作為比較 器的輸入電壓;兩個比較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)字信號的轉換 , 顯示部分就變得容易了。(3光強顯示部分采用數(shù)碼管管顯示不同的光強狀態(tài)。 由于比較器的驅動能力有限, 所以在

13、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

14、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 , 0V , LED1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(tǒng)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

15、10位 高速 A/D轉換, 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,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。如下圖: 圖 2 主控電

16、路圖寬電壓:5.53.3V , 2.23.6V (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(shù)存進 EEPROM, 正常工作時 無需操作 EEP低功耗設計:空閑模式 ,HOLTEK 芯片解密, (可由任意一個中斷喚醒 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:035MHz ,相當于普通 8051:0420MHz 圖 3 單片機內部接入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,當有光照射時, 流過的電

17、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。(3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 不 足 之 處 。 一 般 在 自 動 控 制 系 統(tǒng) 中 用 作 光 電 開 關。 、(

18、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 阻在較寬的光譜范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類結合起來考慮,才能獲得滿意的效果。(6 光敏電阻的伏安特性 在一定照度下, 加在光敏電阻兩端的電壓與電流 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(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,可能導致光

19、敏電阻永久性損壞。(7 當光敏電阻受到脈沖光照射時, 光電流要經過一段時間才能達到穩(wěn)定值, 而在停止光照后, 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較大, 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 圖 4 光敏電阻接入電路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 ,比較

20、光亮度模塊。3.1 主程序 圖 7 主程序的流程框 圖應用 Keil 進行軟件仿真開發(fā) 的主要步驟為:編寫源程序并 保存建立 工程并添加源 文件設置工程編譯 /匯編、連接,產生目標文件程序調 試。 成功編譯 /匯編、 連接后, 選擇菜單 Debug-Start/Stop Debug Session(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 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。如果發(fā) 現(xiàn) 程 序

21、有 錯 , 可 采 用 在 線 匯 編 功 能 對 程 序 進 行 在 線 修 改 (Debug-Inline Assambly ,不必執(zhí)行先退出調試環(huán)境、修改源 程序、對工程重新進行編 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 行調試 的程序 行 , 可 采 用 斷 點 設 置 的 方 法 處 理 (Debug-Insert/Remove Breakpoint 或 Debug-Breakpoints等 。3.2 安裝調試及測量數(shù)據分析3.3 出現(xiàn)的問題與解決的方法4 實訓的心得體會我認為設計

22、此裝置可以讓我們得到適宜的光照, 便于調節(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 可以避免交通事故的發(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(tǒng)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

23、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)范化, 標準化, 仿真軟件不熟悉等。 剛開始 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, 我也有很多不足, 做事太急。 方案的設計沒有能實現(xiàn)很多的功能, 知識面狹 隘, 學過的知識遺忘了。 我會努力將基礎打牢, 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(xiàn)自己有很多不足。 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。致謝在此,我特別要感謝我的指導老師。王守華、李秀東、童有為、胡機秀老師 他們學識淵博, 專業(yè)精通, 對事業(yè)懷著深厚的感情; 他誨人不倦, 與同學們保持 著良好的溝通并經常給予科學的指導和熱心的勉勵。 就本設計而言, 從提綱、 草 擬、 修改到最后定稿, 老師都給予了一而再、 再而三的精心指導, 每個環(huán)節(jié)都凝 結老師努力的付出和辛勞的汗水。 毋庸諱言