畢業(yè)設(shè)計（論文）-基于單片機的便攜式太陽膜透光率測試儀設(shè)計.doc

青島大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計摘要 當今社會經(jīng)濟快速發(fā)展，人民生活水平日益提高，汽車產(chǎn)量連年增加。然而太陽光中的紫外線，紅外線等不可見光卻也危害著人們的身體健康和汽車的使用壽命，汽車太陽膜作為一種新興的汽車消費品越來越受歡迎。然而市場的太陽膜品種很多，型號也是大不相同，太陽膜的質(zhì)量確參差不齊，價格相差較大，對消費者來說很難正確的買到物美價廉的太陽膜，消費者的權(quán)益得不到保護。因此如果我們設(shè)計一款測試太陽膜透光率的測試儀，那么就解決了這個問題，幫助消費者檢測太陽膜。 便攜式太陽膜透光率測試儀是一種檢測汽車太陽膜透光率的便攜儀器，采用節(jié)能環(huán)保的led太陽光源，通過光電傳感器檢測，采用單片機連接led顯示器，檢測太陽膜的紫外線、可見光和紅外線的透光率，反映該太陽膜的質(zhì)量，幫助消費者選擇太陽膜。關(guān)鍵詞：太陽膜 光源 led顯示器 光電式傳感器 單片機 abstractthe rapid economic development in todays society, peoples living standards, automobile yield increasing in successive years increased. however ultraviolet rays in sunlight, infrared etc. not visible but also endangering peoples physical health and auto service life and car solar film as a new car consumer goods are becoming more and more popular. however solar film breed is very much, the market also is big different models, the quality of solar film uneven, indeed, to consumer prices vary larger difficult correct buy cheap and fine solar film, the rights of consumers get protection. so if we design solar film light transmittance of a test the tester, then solved the problem, solar film help consumers detection. portable solar film light transmittance tester is a kind of testing solar film transmittance car portable equipment, adopting energy-saving led the sun light, through the photoelectric sensor detection,uses the monolithic connection led display, detection solar film ultraviolet, visible and infrared light transmittance, reflecting the solar film quality, to help consumers choose solar film. keywords: solar film light source led monitor photoelectric sensor microcontroller目錄abstract- 2 -目錄- 3 -第一章 前言11.1太陽光譜及太陽膜的作用11.1.1太陽光譜知識11.1.2太陽膜的結(jié)構(gòu)與作用21.2太陽膜透過率測試儀的原理31.3 太陽膜透過率測試儀的測試寬度41.4太陽膜透過率測試儀的參數(shù)4本章小結(jié)4第二章 光源的選擇52.1 關(guān)于光源52.2光源的分類52.3 led發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)及工作原理52.4光源的電源72.5 太陽光源的性能參數(shù)7本章小結(jié)8第三章 傳感器的介紹以及選擇93.1光電傳感器的構(gòu)成和工作方式93.2光電傳感器的分類93.3色敏光電傳感器11本章小結(jié)13第四章 單片機基本介紹和選擇144.1單片機的概述144.1.1 常用單片機的介紹144.1.2 單片機的特點和應(yīng)用144.2單片機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理154.3 mcs-51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時序164.4 mcs-51的基本組成164.5 mcs-51的工作方式174.6 8051單片機的介紹17本章總結(jié)18第五章 基于led顯示器的設(shè)計與選擇195.1顯示設(shè)備的分類195.2 led顯示器及其工作原理195.2.1 led顯示器的概述195.2.2顯示原理205.2.3 led顯示器接口235.3 led顯示器的直流電源26本章小結(jié)26第六章 鋰電池276.1概述276.2鋰電池的選擇27本章小結(jié)28第七章 總結(jié)297.1太陽膜透光率檢測儀的工作流程圖297.1.1工作原理圖297.1.2工作原理297.2 太陽膜檢測儀的電路307. 3 便攜式太陽膜測試儀的主要參數(shù)317.4便攜式太陽膜檢測儀的特征及注意事項32致 謝33參考文獻3431第一章 前言當前我國汽車太陽膜的使用量逐年增多，市場上的太陽膜的種類和質(zhì)量價格也是參差不齊，消費者地利益得不到保障，如何能夠檢測太陽膜的質(zhì)量，保證消費者的權(quán)利成為了一個迫切解決的問題。本章將重點了解太陽膜的分類，性能參數(shù)等，為設(shè)計太陽膜透光率測試儀做準備。1.1太陽光譜及太陽膜的作用自然界中的太陽光可以給人們的生活帶來溫暖，舒適的享受，然而也含有大量的紫外線，紅外線，可見光，紫外線能夠灼傷人體皮膚，引起各種皮膚疾病。太陽光譜的波長從200nm到2500nm之間分布廣泛，而太陽膜正是可以阻止他們對車內(nèi)的照射，保護汽車內(nèi)的環(huán)境，減輕太陽光對人體以及汽車的傷害。1.1.1太陽光譜知識自然界當中的太陽光中主要含有紅外線，紫外線和可見光。它們的波長分布廣泛，太陽光譜的范圍如圖1.11.1太陽光譜范圍紫外線光譜的波長為280-400nm之間，其特點是穿透性強，可以使人體皮膚黑色素沉積，顏色加深，過度的紫外線曝曬會導(dǎo)致灼傷皮膚，引起皮膚癌，皮炎等種種疾病，嚴重影響健康，另外長時間的紫外線照射還可導(dǎo)致地毯、窗簾、織物及家具油漆褪色。紅外線光譜的波長：波長在7002400nm之間，紅外線是陽光中不可見熱量的主要表現(xiàn)形式，直接影響車內(nèi)的溫度，所以車內(nèi)的紅外線透過率越高，越不利于車內(nèi)的降溫，減輕紅外線對汽車的照射，可以緩解酷暑車內(nèi)空調(diào)的壓力，節(jié)能減排，減少能量的使用量?？梢姽庾V帶：波長380780nm之間，其特點是肉眼可以看見的唯一光譜，可見光波段進一步可以分為不同的顏色（赤橙黃綠藍靛紫七色），他們雖然對人體沒有直接傷害，但是其透光率的高低能夠直接影響車內(nèi)的視線，如果透光率低，造成車內(nèi)的可視度低。1.1.2太陽膜的結(jié)構(gòu)與作用當今汽車市場上的太陽膜無論是種類還是型號都很多，雖然各種品牌信號的汽車太陽膜的基本原理大致相同，各自的結(jié)構(gòu)相差也并不是不大，但是各種汽車太陽膜的性能技術(shù)卻各不相同，質(zhì)量也參差不齊，因此熟悉太陽膜的結(jié)構(gòu)對于選擇質(zhì)量高的太陽膜有著重要的意義。汽車太陽膜的結(jié)構(gòu)主要是由防粘層，安裝膠，紫外線吸收劑，隔熱膜層，透明基材，合成膠，金屬層等物質(zhì)經(jīng)過各種工藝組合在一起而形成的靜謐結(jié)構(gòu)層。其基本結(jié)構(gòu)如圖1.2所示圖1.1 太陽膜的結(jié)構(gòu)圖1.隔熱降溫汽車太陽膜的主要作用是減少太陽光中的紫外線、紅外線等光線對汽車室內(nèi)塑件的損傷，保護汽車，起到隔熱降溫的效果，較好的保持車內(nèi)清涼，可以有效的降低汽車內(nèi)的溫度，降低車內(nèi)空調(diào)的使用率，節(jié)油減排，響應(yīng)國家政策。汽車防爆太陽膜的隔熱率一般情況可以達到40%-70%。2.保護汽車玻璃，防止暴碎另外汽車防爆太陽膜的另一大作用是可以減輕事故的危害性，汽車防爆太陽膜膜可以很好的將汽車破碎玻璃粘貼在一起，避免破碎的玻璃飛散，傷害司機以及乘客，提高汽車的安全性。3.保護肌膚太陽光中的紫外線對人體的皮膚傷害較大，長期暴曬容易造成對身體的傷害。而汽車太陽膜能夠較好的減輕紫外線的照射，降低紫外線對人體的傷害。4.增加美觀現(xiàn)在社會人們的審美觀有了較大的改變，五顏六色的太陽膜可以改變汽車的顏色，能夠給人以美的享受，讓人賞心悅目，減輕疲勞，增加舒適度。5.單向透光汽車太陽膜具有單向透光性，可以保護司機免受外面燈光的刺激，保護司機安全駕駛。1.2太陽膜透過率測試儀的原理太陽光由紫外線（200nm380nm），可見光(380nm760nm)和紅外線(760nm2500nm)組成。紫外線具有嚴重危害作用，不但傷害人體健康，灼傷皮膚和眼睛，導(dǎo)致多種疾病；而且導(dǎo)致皮具，塑膠件老化褪色，影響物品使用壽命。紅外線是熱量的主要來源。這樣就需要我們對紅外線和紫外線進行有效的阻隔，阻隔率越高越好，也就是透光率越高越好?？梢姽馐擒噧?nèi)照明光線主要來源，尤其是汽車前玻璃的單向透光率則是越高越好，即阻隔率越低越好。因此，紫外線，紅外線和可見光的透光率這三個指標是判斷太陽膜好壞的一個重要依據(jù)。測試原理：采用紫外光源，可見光源和紅外線光源照射汽車太陽膜，光電傳感器分別將探測到得三種光源的入射光強度和透過太陽膜后的輸出光強，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換，輸出太陽膜透光率的模擬數(shù)字信號，輸送到單片機，經(jīng)過單片機的處理，最后一數(shù)字的形式在led顯示器上顯示出來。透過光強與入射光強的比值稱為透光率，用百分數(shù)表示。可見光則用阻隔率表示，阻隔率=100%-透過率。1.3 太陽膜透過率測試儀的測試寬度紫外線譜帶：波長280-400nm左右，其特點是穿透性很強，可使人體皮膚黑色素沉積，過度的紫外線曝曬會導(dǎo)致皮膚癌，可導(dǎo)致物品褪色。 可見光譜帶：波長380-780nm之間，其特點是唯一可以用肉眼看見的光譜，人類很需要的照明光源，對人體沒有直接傷害。 紅外光譜帶：波長700-2400nm之間，其特點是所含能量最大，所以熱量也高。1.4太陽膜透過率測試儀的參數(shù)1.外形尺寸： 長160mm 寬115mm 高33mm 2. 測試槽尺寸：寬23mm 深76 mm3. 儀器重量： 約360克4. 可見光的測量分辨率是1%，紫外線的分辨率是0.1%5. 紅外線測量，中心波長1400nm，波長范圍(900nm-1800nm) 6. 12v ac/dc電源供電，也可用便攜式外掛鋰電池包供電。本章小結(jié) 隨著我國經(jīng)濟事業(yè)的快速發(fā)展，我國的汽車行業(yè)正在快速發(fā)展，汽車消費已經(jīng)成為了人們繼房產(chǎn)消費之后的又一大消費，人民生活水平，生活質(zhì)量正穩(wěn)步提高，買車的同時也伴隨而來的是人們的健康問題，和全球的能源緊張，陽光中的紫外線紅外線對人體的皮膚灼傷嚴重，嚴重危害著人們的身體健康，損壞汽車內(nèi)飾件的壽命。汽車太陽膜能夠有效的減輕太陽中紫外線的照射，吸收陽光中的紅外線，防止太陽熱量對汽車內(nèi)飾件的直接損害。然而現(xiàn)在市場上的太陽膜的種類繁多，價格質(zhì)量參差不齊，因此開發(fā)一種能夠檢測太陽膜透光率的一種設(shè)備意義重大。本章著重對陽光譜及太陽膜的結(jié)構(gòu)作用等參數(shù)做了了解，研究太陽膜的檢測原理做了研究，為以后設(shè)計太陽膜檢測儀做出了鋪墊。從下章開始對太陽膜檢測儀做出設(shè)計，首先對光源進行選擇。第二章 光源的選擇汽車太陽膜主要用來抵擋太陽光中的紫外線，紅外線的輻射，防止對人體和汽車的損害，因此太陽膜檢測儀的光源應(yīng)該選擇能夠模擬發(fā)出太陽光的光源。選擇合適的太陽光源，更有助于太陽膜檢測儀的質(zhì)量。2.1 關(guān)于光源自然界中凡是可以將其他形式的能量轉(zhuǎn)換為光能，并且提供光通量的設(shè)備、器具統(tǒng)稱為光源。led (light emitting diode)，也稱為發(fā)光二極管，它其實是采用一種或者多種固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光的材料，在從兩端施加正向電壓時，半導(dǎo)體中的載流子發(fā)生復(fù)合，釋放出過剩的能量從而引起光子發(fā)射產(chǎn)生遠外光、可見光、紫外線等光線。 2.2光源的分類現(xiàn)階段常用的電光源有：1.熱敏發(fā)光電光源（如鹵鎢燈、白熾燈等）；2.氣體放電發(fā)光電光源；3.固體發(fā)光電光源；4.發(fā)光二極管電太陽光源。（如圖2.2常用光源的分類）白熾燈鹵素?zé)舻蛪汗療舾邏汗療舻蛪衡c燈高壓鈉燈白熾燈氣體放電燈晶體管光源太陽光源常用光源 圖2.1 常用光源的基本分類2.3 led發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)及工作原理（1）基本結(jié)構(gòu)n型襯底p電極（+）p型隔離層有源層n型隔離層發(fā)射光圖2.2 led發(fā)光而二極管的結(jié)構(gòu)圖（2）工作原理led發(fā)光二極管的其基本機構(gòu)就是一個pn結(jié)，是一種注入電流式發(fā)光器件。是半導(dǎo)體晶體內(nèi)部受到電流刺激時，電子從高能級回復(fù)到低能級時，發(fā)射光子的結(jié)果。給二極管加上正向電壓時，注入的電子和空穴復(fù)合發(fā)光。led光源發(fā)射的光的波長與種類與晶體管中所摻雜的物質(zhì)有關(guān)。如下圖2.3太陽光源原理圖圖2.3 太陽光源原理圖（3）led太陽光源的優(yōu)點a.低壓：太陽光源是根據(jù)發(fā)光二極管的原理而制作，低壓電安全方便。b.效能：消耗能量較其他光源來說要減少很多，耗能低，功效高。c.壽命長：led太陽光源大約10萬小時以后興衰為初始的50%。d.響應(yīng)時間：led 太陽光源的響應(yīng)時間快，是普通光源的幾萬倍。e.環(huán)保：無有害金屬貢。2.4光源的電源太陽光源內(nèi)部通過220v/12v交直流變壓器進行變換，既可以直接接通220v交流電，使用方便，也可以通過內(nèi)部的鋰離子電池儲存12v直流電，以保證太陽膜檢測儀在任何無電少電的情況下都可以使用，安全方便。圖2.4 交直流轉(zhuǎn)換電路電源原理：通過220v電壓輸入端輸入電壓，經(jīng)過整流電路將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡?jīng)過變壓器將交流電源最終以12v的直流電源輸出。2.5 太陽光源的性能參數(shù)光源產(chǎn)生光：模擬太陽光光參數(shù)：1.紫外線（波長200nm380nm）2.紅外線（波長380nm760nm）3.可見光（波長760nm2500nm）光源的工作電壓：直流電12v光源電源：220v/12v交直流變壓穩(wěn)壓電源 可接外掛式高容量5000mah便攜式鋰電池本章小結(jié)光源是太陽膜檢測儀中非常重要的一部分，也是比不可少的一部分，光源的選擇要本著節(jié)能降耗，使用方便，便于維護的原則，led太陽光源，發(fā)光時能耗低，壽命長，更換方便，響應(yīng)時間快，是非常適合的光源選擇，因此太陽膜檢測儀的選用為led太陽光源。第三章 傳感器的介紹以及選擇傳感器技術(shù)是現(xiàn)代檢測及控制技術(shù)的核心技術(shù)之一，是現(xiàn)代信息技術(shù)的關(guān)鍵部分，合理的選擇傳感器能夠為我們的設(shè)計起到很大的幫助。光電式傳感器相當于太陽膜檢測儀的感官器官，和人體的感覺神經(jīng)系統(tǒng)一致，本章將就傳感器的基本結(jié)構(gòu)，工作原理等內(nèi)容做簡要的介紹，為太陽膜的檢測儀準備。3.1光電傳感器的構(gòu)成和工作方式光電傳感器的基本原理是光電效應(yīng)，光照射半導(dǎo)體材料時，由于半導(dǎo)體材料受到光照射，吸收光子，引起材料內(nèi)部的電子變化，形成電流，不同的波長，不同強度的光產(chǎn)生不同的電流信號，于是將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)榱穗娦盘?，實現(xiàn)了光電傳感器的功能。光電傳感器在一般情況下，是由光路、電路以及光電轉(zhuǎn)換元件三大部分組成的一種電子傳感器。光路部分可以實現(xiàn)光量受被測信號控制或調(diào)制，電路部分可以成光電信號轉(zhuǎn)換和使被測信號成為可以使用的信號輸出。光電轉(zhuǎn)換元件能夠完成對光信號的接收與轉(zhuǎn)換。半導(dǎo)體一但受到光的照射, 光就會被吸收而產(chǎn)生電信號。這種現(xiàn)象即是人們所了解的光電效應(yīng)。波長短的光線, 在半導(dǎo)體的表面附近被吸收, 而波長長的光, 則在半導(dǎo)體的深處被光電轉(zhuǎn)換元件吸收?；窘Y(jié)構(gòu)如下圖：光源測量頭光電元件電子線路被測量3.2光電傳感器的分類光電傳感器按照工作原理的不同大致可以分為以下三類，分別是：透射式光電傳感器、反射式光電傳感器、遮光式光電傳感器。 1.透射式 光源發(fā)出一定量的光線，穿過被測物質(zhì)對象，其中一部分光被檢測對象吸收，其余則到達光敏元件，轉(zhuǎn)變成為電信號而輸出（如圖3.1所示）。被吸收的光的量的多少要決定于被測物的被測參數(shù)，利用到達光敏元件的光通量可以來確定被測對象所吸收的量。a光源被測件接收件圖3.1 透射式傳感器反射式 光源發(fā)出一定的光通量到達被測對像后，由于物體性質(zhì)或狀態(tài)而損失了其中的一部分光通量，余下光通量部分反射到光敏元件上（如圖3.2）a光源被測件接收件圖3.2 反射式傳感器遮光式遮光式傳感器是是一種重要的傳感器檢測方式，它使用廣泛，被人們所普遍接受。將光源發(fā)出的光線在通過測試件的時候，被減弱了一部分光，其中的減弱過程與傳感器所設(shè)計的光通路有關(guān)。如圖3.3傳感器被測件光源光源 圖3.3 遮光式光電傳感器3.3色敏光電傳感器色敏光電傳感器其實是光電傳感器的一種特殊類型的傳感器。它本質(zhì)上是兩只結(jié)深不同的光電二極管的組合體，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理的等效電路如圖3.4所示12電極1 電極2p+np3電極3sio2 如圖3.4 色敏傳感器色敏光電傳感器是半導(dǎo)體光電傳感器的一種。色敏光電器是一種根據(jù)物體的內(nèi)光電效應(yīng)，接收到太陽光后，由于陽光的照射，發(fā)射光電子，光電子的流動，形成電信號，以實現(xiàn)對光照的強度檢測。它們檢測的都是在一定波長范圍內(nèi)光的強度，或者說光子的數(shù)目，而半導(dǎo)體色敏傳感器件則可用來直接測量從可見光到紅外線波段內(nèi)單色輻射的波長，這是近年來出現(xiàn)的一種新型光敏器件。下圖表示了不同結(jié)深二極管的光譜響應(yīng)曲線。其中的vd1是淺結(jié)二極管的響應(yīng)曲線，其中的vd2是深結(jié)二極管的響應(yīng)曲線。1.色敏光電傳感器的基本特性色敏傳感器件的光譜特性是表示他所能檢測的波長范圍，不同型號之間有差別。如下圖是色敏傳感器的光譜特性，其波長范圍是400nm-1000nm。圖3.5 色敏傳感器的光譜特性2.短路電流比-波長特性短路電流比-波長特性是表征半導(dǎo)體色敏器件對波長的識別能力，是賴以確定被測波長的基本特性。圖3.6 短路電流與波長比3.溫度特性由于色敏傳感器件測定的是兩只光電二極管短路電流之比，而這兩只光電二極管是做在同一塊材料商的，具有相同的溫度系數(shù)。這種內(nèi)部補償作用使色敏傳感器件的短路電流比對溫度不十分敏感，所以通?？梢圆挥杩紤]。 光電傳感器中的光源可以采用白熾燈，氣體放電燈，激光器，發(fā)光二極管以及能發(fā)射可見光譜，紫外線光譜和紅外線光譜的其他器件。 本章小結(jié)傳感器是現(xiàn)代控制技術(shù)和檢測技術(shù)不可缺少的一部分，是測量技術(shù)的首要環(huán)節(jié)，廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。合理的選擇傳感器是太陽膜透過率檢測儀不可缺少的一部分。第四章 單片機基本介紹和選擇自從1946年世界上第一臺電子計算機誕生以來，在至今50多年間得到了快速發(fā)展和普及。如今已經(jīng)應(yīng)用到各個領(lǐng)域，影響著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展與改革方向，本章著重講解單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及工作原理，以便可以合理的選用單片機。4.1單片機的概述單片機其實就是把一個計算機的系統(tǒng)集成到一個電子芯片上，在一個芯片集成了計算機的絕大部分功能，這種微型計算機只用了一片集成電路，可以進行簡單運算和控制。單片機其實是微型計算機的一個重要分支，特別應(yīng)用于控制領(lǐng)域，所以它也稱為微控制器。4.1.1 常用單片機的介紹單片機經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)擁有了很多的品牌與型號，能夠比較輕松的完成各種各樣的程序控制以及測量等工作?，F(xiàn)在單片機的種類繁多，而且還不停的推出新產(chǎn)品，現(xiàn)在簡要的說明一下常見單片機的型號和性能。1.mcs-51是目前市場上最受歡迎的系列之一，它的家族有十幾中不同的芯片，可以分為51和52兩個系列。2.80c51系列的單片機也占有很大的市場份額，而且發(fā)展速度快，80c51系列單片機，使用一款經(jīng)典的單片機。3.89系列的單片機，雖然現(xiàn)在價格較高，但是他的功能最為全面，還有很大的發(fā)展空間。4.1.2 單片機的特點和應(yīng)用（一）單片機和普通微機相比，具有以下特點體積??；2.可靠性高；3.功能強；4.使用方便；性能價格比高；5.容易產(chǎn)品化。（二）單片機應(yīng)用1.自動控制；2.智能儀器儀表；3.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；4.外部設(shè)備控制器；5.家用電器4.2單片機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理單片機內(nèi)部包括了計算機的基本功能部件，典型的單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如圖4.1）。（一） 中央處理器（cpu）cup是單片機的核心部件，它是運算器、控制器和終端部件等組成，數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)的操作控制都是cpu完成的，cpu是單片機的主要指標之一。（二） 存儲器單片機的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器多數(shù)是分開的，這是因為單片機面向控制領(lǐng)域。根據(jù)內(nèi)部程序存儲器的不同，又可以分為rom型單片機，eprom型單片機，無rom型單片機。（三） i/o接口和特殊功能部件單片機通常有數(shù)量不等的并行接口，可以用來外部接入，內(nèi)部輸出。特殊功能部件包括：a/d和d/a轉(zhuǎn)換器，dma通道，高速輸入輸出通道等部件。系統(tǒng)時鐘rom定時器/計數(shù)器串行i/o并行i/oramcpu外部定時元件圖4.1 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖4.3 mcs-51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時序內(nèi)部結(jié)構(gòu)：ram數(shù)據(jù)存儲器總線擴展控制器rom程序存儲器定時/計數(shù)器可編程i/o端口可編程串行口cpu處理器時鐘電路圖4.2 mcs-51系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)時序：時序就是指單片機的cpu在執(zhí)行程序指令的時候，在時間上的先后順序。4.4 mcs-51的基本組成1. 中央處理器（cpu）中央處理器（cpu）是單片機的核心，它包含了運算器和控制器兩大部分。運算器是計算機的運算部件，用于實現(xiàn)算術(shù)運算和邏輯運算是計算機的算術(shù)邏輯運算單元，計算機的數(shù)據(jù)運算和處理都在這里進行?？刂破魇怯嬎銠C的智慧控制部件，使計算機各部分能夠自動統(tǒng)一協(xié)調(diào)的運行，完成工作。2. 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（內(nèi)部ram）ram是單片機內(nèi)部的主要存儲結(jié)構(gòu)，單片機的內(nèi)部存儲程序與數(shù)據(jù)程序就是存儲在單片機里面，是單片機的重要存儲器。3. 內(nèi)部程序存儲器（內(nèi)部rom）rom內(nèi)部程序存儲器具有斷電記憶功能，主要存放單片機用戶平時不用進行改變的程序，包括原始的表格，原始程序，原始的數(shù)據(jù)，簡稱為rom。4. 定時器/計數(shù)器定時器和計數(shù)器，主要用來實現(xiàn)定時和計數(shù)功能，并且可以通過計算的結(jié)果數(shù)據(jù)對單片機和計算機進行控制。5. 并行i/o端口8051共有8 個i/o端口p0 p1p2 p3以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸出，輸入。6. 串行i/o端口mcs-51的數(shù)據(jù)接口是一個串行數(shù)據(jù)接口，可以作為數(shù)據(jù)通信收發(fā)器來使用，也可以當做同步移位器來使用，該口得數(shù)據(jù)功能強大，比一般的單片機要功能強大的多。7. 中斷控制系統(tǒng)mcs-51單片機的中斷控制系統(tǒng)，能夠完成各種程序的驅(qū)動，實現(xiàn)各種功能，其中有外中斷源兩個，定時器和計數(shù)器中斷源2個，串行中斷也有一個。8.時鐘電路mcs-51內(nèi)部有時鐘，但晶振和微調(diào)電容需要外接。系統(tǒng)允許的最高頻率為12mhz。4.5 mcs-51的工作方式mcs-51這一系列單片機的工作方式全面，使用操作方便，有：eprom編程方式，復(fù)位方式，掉電和低功耗方式，程序執(zhí)行方式，單步執(zhí)行方式，校驗與加密方式等。1.復(fù)位方式復(fù)位就是將單片機的工作歸于初始位置，在初始條件下工作，單片機和cpu就會歸于初始狀態(tài)，執(zhí)行初始操作化，是單片機工作的重要方式。2. 單步工作方式所謂單步執(zhí)行就是由外來脈沖控制程序的執(zhí)行，使之達到來一個脈沖就執(zhí)行一行指令的目的。而外來脈沖是通過按鍵產(chǎn)生的，因此實際上單片機執(zhí)行是按一次鍵執(zhí)行一條指令。單步執(zhí)行是借助單片機的外部中斷功能來實現(xiàn)的。4.6 8051單片機的介紹8051 是mcs-51系列的一個型號單片機，功能強大，性能穩(wěn)定。是木青市場上比較受歡迎的一款單片機。（如圖4.3 8051引腳排列圖）圖4.3 8051單片機的管腳引腳介紹：（1）主電源擁有（2根）引腳。vcc電源輸入，接低壓+5v的直流電源；gnd接地線。（2）外接晶振引腳（2根） xtal1，片內(nèi)震蕩電路的輸入端；xtal2，片內(nèi)震蕩電路的輸出端。（3）4根控制引線，/vpp ，psen，ale/prog該型號單片機，功能強大，使用方便，可以完成led顯示器的驅(qū)動，因此太陽膜檢測儀我們選擇8051。 (4) i/o端口 p0（32-39管腳，可以當做指令代碼使用；p1（1-8管腳）作低八位地址使用；p2口是21到28 管腳，可以當做高八位地址使用；p3是10到17管腳，也是雙向的并行i/o端口，主要是外部中斷請求，數(shù)據(jù)接收發(fā)送等功能。本章總結(jié)單片機是實現(xiàn)顯示器和傳感器之間信號連接的關(guān)鍵設(shè)備，是太陽膜檢測儀的關(guān)鍵部件，選擇好傳感器直接關(guān)系到儀器的性能參數(shù)。mcs-51些列的單片機價格便宜，性能穩(wěn)定，功耗低，體積小，軟件資源豐富，使用非常方便，因此本款太陽膜透光率檢測儀采用mcs-51系列的單片機。第五章 基于led顯示器的設(shè)計與選擇顯示設(shè)備是將電信號轉(zhuǎn)換為視覺信號的一種裝置，顯示設(shè)備的種類繁多，價格不一，能實現(xiàn)的功能也不大一樣。本章將簡要介紹顯示器的分類，顯示器的電源以及l(fā)ed顯示器的工作原理及接口信息。5.1顯示設(shè)備的分類按照顯示器的顯示原理不同可以將顯示設(shè)備分為：crt顯示器，led顯示器，lcd顯示器，pdp顯示器等。1.crt顯示器 它是采用顯像管內(nèi)部電子槍發(fā)射電子，聚焦變?yōu)榧毿〉碾娮恿?，電子束轟擊熒光粉，實現(xiàn)顯示器的顯像功能。這種顯示器已經(jīng)基本上被淘汰。2.lcd顯示器（liquid crystal display，lcd）是一種非發(fā)光性質(zhì)的顯示器件，是通過環(huán)境光的反射或?qū)ν饧庸庠醇右钥刂频姆绞絹盹@示圖像的。lcd顯示器圖像清晰，使用性能好，以為人們所接受。3.led顯示器 又稱為led顯示屏（led panel），led顯示器，是采用led半導(dǎo)體發(fā)光的原理，將發(fā)光二極管進行組合、排列，通過譯碼器將電信號轉(zhuǎn)換為文字信號、圖像信號、動畫、錄像信號、以及圖形等各種信號，顯示出來的一種顯示屏幕，功耗低，是目前比較廣泛的一種顯示設(shè)備。5.2 led顯示器及其工作原理led顯示器是一種典型的數(shù)碼管顯示器，它主要通過單片機譯碼器將電信號轉(zhuǎn)換為可視的光信號，最終實現(xiàn)電信號的顯示。5.2.1 led顯示器的概述led顯示器又稱led數(shù)碼管顯示器，led技術(shù)的不斷進步，結(jié)構(gòu)簡單，功耗低，體積小，能夠很好的顯示數(shù)字，完成測試要求。5.2.2顯示原理led的數(shù)字顯示采用七段led數(shù)碼管顯示，led的主要部分為發(fā)光二極管，可以通過單片機進行連接，以顯示電信號的變化。七段數(shù)碼管實際共8段，a、b、c、d、e、f、g共七段用來顯示十進制或者十六進制數(shù)字和字符，另外一段可顯示小數(shù)點。每個發(fā)光二極管代表一段數(shù)字，通過發(fā)光二極管的不同發(fā)光組合。根據(jù)發(fā)光二極管的的不同波段的發(fā)光的組合，可以顯示出各種不同的數(shù)字符號和信息。led數(shù)碼管可以分為共陽極和共陰極兩種結(jié)構(gòu)，兩種結(jié)構(gòu)不同，顯示方式不同，但是都可以準確的顯示數(shù)字。led數(shù)碼管（如圖5.1） 共陽極段碼表（圖5.2） 共陰極段碼表（5.3）圖5.1 led數(shù)碼管 圖5.2 共陽極段碼表5.2.3 led顯示器接口led顯示器可通過8255a連接到系統(tǒng)總線，完成接收來自cpu的7段代碼，一般led某段發(fā)光時通過的電流在1020ma之間，在采用共陰極結(jié)構(gòu)時，陰極接地，陽極接驅(qū)動電路。驅(qū)動電路可以由三極管構(gòu)成，也可以由小規(guī)模集成電路構(gòu)成。（1）譯碼方法要想將一位十六進制數(shù)在led上顯示，就需要將其轉(zhuǎn)換為led段碼，這就要譯碼。譯碼方法：分為硬件譯碼和軟件譯碼。（2）led顯示器接口動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示是led顯示器的兩種接口。靜態(tài)顯示：是指當前顯示器顯示某個字符時，發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或者截止，直到送入新的顯示碼為止。此種顯示方式每一位都需要一個8位觸發(fā)器來驅(qū)動，圖54為靜態(tài)驅(qū)動電路。靜態(tài)顯示方式使用方便，編程也比動態(tài)顯示簡單方便，但是靜態(tài)顯示的一大弊端就是i/o端口的使用效率低，不使用于多段的顯示情況，因此使用有一定的限制。動態(tài)顯示：動態(tài)顯示并不像靜態(tài)顯示那樣，它是輪流點亮各位顯示器，因此它適合應(yīng)用于多位數(shù)字的顯示，把各個顯示位的段選線進行并聯(lián)，可以實現(xiàn)多位的led的多位并連顯示。led數(shù)碼管動態(tài)顯示如圖5.6（1） 當dig1顯示為低電平，而dig2、dig3顯示為高電平時，這時只有晶體管t1導(dǎo)通，而t2、t3截止，數(shù)碼段a、b、c、d、e、f、g為低電平時，數(shù)碼管只有各位顯示，而十位和百位則不顯示。（2） 當dig2顯示為低電平，dig1、dig3如果為高電平時，只有晶體管t2導(dǎo)通，數(shù)碼管為低電平時，數(shù)碼管顯示十位，百位和各位不顯示。（3） 當dig3顯示低電平，dig1、dig3顯示高電平，此時晶體管t3導(dǎo)通，數(shù)碼管為低電平時，數(shù)碼管的百位顯示，其他數(shù)位不顯示。 圖5.6 led靜態(tài)驅(qū)動圖5.7 動態(tài)掃描的時序圖5.3 led顯示器的直流電源led七段數(shù)碼管顯示器其實為led數(shù)碼管構(gòu)成，工作電源為低壓直流電源，因此選擇合適的直流電源就非常重要。led數(shù)碼顯示器選用12v的直流穩(wěn)壓電源，安全可靠，使用方便。本章小結(jié)顯示設(shè)備是太陽膜檢測儀的重要組成部分，顯示器的好壞，合適與否直接關(guān)系到檢測結(jié)果的質(zhì)量，顯示器的壽命影響到儀器的使用壽命.本章對現(xiàn)在電子顯示器做了簡單了了解，和各自特性的比較,led數(shù)碼管顯示器的結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，環(huán)保低耗，是一種不可替代的電子器件。因此本測試儀選擇使用led七段數(shù)碼管，電源選擇220v/12v交直流電源。第六章 鋰電池6.1概述鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。最早出現(xiàn)的鋰電池來自于偉大的發(fā)明家愛迪生，使用以下反應(yīng)：li+mno2=limno2該反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，放電。由于鋰金屬的化學(xué)特性非?；顫姡沟娩嚱饘俚募庸?、保存、使用，對環(huán)境要求非常高。所以，鋰電池長期沒有得到應(yīng)用?，F(xiàn)在鋰電池已經(jīng)成為了主流最早出現(xiàn)的鋰電池使用以下反應(yīng)：li+mno=limno，該反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，放電。 正極上發(fā)生的反應(yīng)為 licoo=充電=li-xcoo+xli+xe(電子) 負極上發(fā)生的反應(yīng)為 6c+xli+xe=lixc6 電池總反應(yīng)：licoo+6c=li1-xcoo+lixc66.2鋰電池的選擇鋰離子電池是現(xiàn)代新電池的一種典型代表，它容量大，體積小，充放電完全，合理選擇鋰離子電池對于一起的使用性能有著很大的幫助。圖 6.1 外掛式高容量鋰離子電池便攜式高容量鋰離子電池的相關(guān)參數(shù)如表6.2便攜式高容量鋰離子電池電壓12v注意事項電流5000ma1. 首次充電務(wù)必將電池完全放完，充電12小時以上2. 請務(wù)必配用專門的充電器規(guī)格100mm * 70mm *25mm保護電壓12.9v限制電壓12.6v重量300g本章小結(jié)電池一直是表征電子器件使用壽命的一大重要參數(shù)，便攜式太陽膜透光率檢測儀的電源也是如此，選擇好電池對于該產(chǎn)品的質(zhì)量，使用壽命意義重大。鋰離子電池相比傳統(tǒng)的電池，使用壽命更長，本產(chǎn)品選擇便攜式大容量鋰離子電池，更加方便，使用時間更長，充放電更方便。第七章 總結(jié)經(jīng)過了對太陽膜檢測儀的基本部件的了解，掌握了太陽膜的基本機構(gòu)以及測試的原理，本章將對太陽膜檢測儀的基本電路和外殼進行整體的設(shè)計，完成對太陽膜檢測儀的研制。7.1太陽膜透光率檢測儀的工作流程圖7.1.1工作原理圖太陽膜光源光電傳感器mcs51 單片機紅外線透光率紫外線透光率可見光阻礙率12v/5v直流電源12v鋰電池顯示器電源系統(tǒng) 圖7.1 太陽膜透光率測試儀7.1.2工作原理1.太陽膜測試儀通電后，光源接收電流，開始發(fā)射模擬太陽光，此時我們將太陽膜測試槽內(nèi)部放入任何物質(zhì)，光電傳感器在接到太陽光線后，光電傳感器分別對光線中的紅外線，紫外線，可見光進行接收，通過mcs-51單片機進行分析，此時單片機進行自我校驗，并形成記憶。2將太陽膜測試槽內(nèi)放入一片太陽膜，.檢測儀接通電源后，光源發(fā)射出太陽光線，光線透過太陽膜，照射在光電傳感器的光感應(yīng)器件上，將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，并且輸入cms-51單片機，將電信號與單片機內(nèi)設(shè)定的標準值進行比較，得出太陽膜的透光率，通過單片機顯示到led數(shù)碼顯示器上，分別檢測出紫外線、紅外線的透過率，可見光的阻礙率，透光率和阻礙率越低越好。7.2 太陽膜檢測儀的電路檢測電路的基本構(gòu)成：交直流轉(zhuǎn)換電源、5000ma里離子充電電池、太陽光源、光電傳感器、a/d轉(zhuǎn)換模塊、51單片機、譯碼電路、led顯示電路。7. 3 便攜式太陽膜測試儀的主要參數(shù)1.太陽光源電源：220v/12v、5v交直流電源2.光源發(fā)射光線：紫外線（200nm380nm） 紅外線（380nm760nm） 可見光（760nm2500nm）3.測試槽的尺寸： 長10mm 寬23mm 深76mm4.外掛式鋰電池容量：5000mah5.外殼設(shè)計材料：精致鋁合金外殼，耐磨，防腐。6.高亮度led數(shù)碼管，節(jié)能，使用壽命更長。圖7.4 太陽膜檢測儀樣品7.4便攜式太陽膜檢測儀的特征及注意事項使用交流電源220v或者鋰離子電池12v直流電，不能隨意改用其他型號電壓；開機后進行自動校準，達到100%的透光率，以保證測試準確度；將太陽膜放入測試槽當中，要盡量貼近測試槽的左邊，靠近光源；儀器不使用時要關(guān)閉電源，以節(jié)能，提高鋰電池的壽命；開機自校驗時測試槽內(nèi)一定不能有其他任何物質(zhì)，自校驗時間為30s。該太陽膜不僅僅用于太陽膜的檢測，還可以用來檢測厚度小于10mm的玻璃等透