光敏電阻傳感器論文

1、傳感器綜合設(shè)計實訓(xùn)1（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(yùn)學(xué) 號：指導(dǎo)教師：李洋2012年6月20號本設(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(qiáng)度了。本設(shè)計有 光照強(qiáng)度報警控制系統(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)計采用了STM片機(jī)為主控制電路，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

2、、三極管等熟悉，掌握Proteus仿真軟件的運(yùn)用、Protel 99 SE工具軟件等繪圖軟件，并加以運(yùn)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，通過編程控制各個外圍電路并實現(xiàn)其功能。本設(shè)計具有有線路簡單、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)AbstractsThis design is entitled to the photoresistor to measure light intensity, the strength of the light to change the photosensitive resistor size, so that

3、 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 川umination brightness of the display. This design uses the STC micr

4、ocontroller-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, requiring a variety of basic electronic

5、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, programmed to control the various perip

6、heral 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 錄引言1 .系統(tǒng)概述1.1 設(shè)計要求1.2 方案設(shè)計1.2.1 方案說明1.2.2 方案論證2 .硬件電路設(shè)計與分析2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)2.2 光敏電阻的主要特性及參數(shù) 2.3 光敏電阻接入電路圖2.4

7、數(shù)碼管顯示電路2.5 報警電路3 .軟件設(shè)計3.1 主程序3.2 安裝調(diào)試及測量數(shù)據(jù)分析3.3 出現(xiàn)的問題與解決的方法 4 .實訓(xùn)的心得體會致謝參考文獻(xiàn)附錄引言光照強(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 人們知道此時光照強(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)出警報通知或直接采取措施使光照強(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)節(jié)。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

8、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，就能簡單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)傳感器測量電路采用集成運(yùn)算放大器構(gòu)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(shè)計；(3)完成自然光光照強(qiáng)度自動檢

9、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)計和實踐的相差情況(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敏電阻的阻值為 <二320歐、1.4-3.6k 歐、>=15.

10、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(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，而且可以判斷光照是否 適宜。原理框圖如下：信號處理電路信號轉(zhuǎn)換電路光敏電阻圖1原理框圖(1)光照強(qiáng)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(dǎo)效應(yīng)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?。?當(dāng) 受到光照時，半導(dǎo)體材料電導(dǎo)率增加，電阻減小。具阻值隨光

11、照增強(qiáng)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、耐震動、抗過載能力強(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：采用集成電壓比較器LM358N乍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Vrefl , Vref2。

12、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 < Vrefl 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，顯示部分就變得容易了。(3)光強(qiáng)顯示部分采用數(shù)碼管管顯示不同的光強(qiáng)狀態(tài)。 由于比較器的驅(qū)動能力有限，所以在輸 出端加一個上拉電阻提高其驅(qū)動能力。電路連接如原理圖所示，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）

13、 , 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 L LED2 LED誠點亮。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NP郵BJT三極管的導(dǎo)通來控制報警電路的導(dǎo)通，三極管的導(dǎo)通又受發(fā)光二極管導(dǎo)通與否的 控制，發(fā)光二極管的導(dǎo)通受光照的控制。 所以光強(qiáng)就可以控制報警器了， 設(shè)計方 案采用了當(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） , LED1點亮，三極管BJT1被導(dǎo)通，報警

14、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)STC12C5A08S漪介：新一代宏晶芯片具有 1個時鐘/機(jī)器周期，高速、高可靠， 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時鐘的新一代宏晶芯片

15、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事件的處理能力而設(shè)置的。當(dāng)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(dāng)前的工作， 轉(zhuǎn)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24MHzft振。如下圖：圖2主控電路圖 寬電壓：5.53.3V, 2.23.6V （STC12LE5A60S2 系列） 增加第二復(fù)位功能腳（高可靠復(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，及時將數(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)于普通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。光敏電阻器在一定的外加電壓下，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。光敏電阻在一定的外加電壓下，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

17、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(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。一般在自動控制系統(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

18、電壓與電流 之間的關(guān)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(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(yīng)的場合。2.

19、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(shè)計軟件設(shè)計上，根據(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（ 開始 NONOYESYESJ圖7主程序的流程框圖應(yīng)K忘源斗件仿真開發(fā)的主要步驟為：編寫源程序并保存一建立 工程并A加源聲件一招置工程一編譯/匯編、連接，產(chǎn)生目標(biāo)文件一程序調(diào) 試。成功編譯/匯編、連接后，選擇菜單 Debug-Start/Stop Debug Session（或檢測所得電壓進(jìn)行按Ctrl+F5 ”）進(jìn)入程所調(diào)試狀態(tài)

20、，Keil提供對程序的模擬調(diào)試功能，內(nèi)建一個功能強(qiáng)PU以模擬執(zhí)行程序。Keil能以單步執(zhí)行（按F11或選0如果發(fā)擇Debug-Step）、過程單步執(zhí)行（按F10或選擇 Debug-Step Over）現(xiàn)程序有錯，可采用在線匯編功能對程序進(jìn)行在線修改（Debug-InlineAssambly），.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。對于一些必須滿足一定條件（如按僭D按根籬）才能被執(zhí)行的、通以用單D撰村方式進(jìn)行調(diào)試的程序.行，40rtt勺方法處理（Debug-Insert/RRemove Breakpoint 戌Debug-Breakpo

21、ints 等）。3.2安裝調(diào)試及測量數(shù)據(jù)分析3.3出現(xiàn)的問題與解決的方法3.3.2 開始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 這一模塊出現(xiàn)了問題，于是不斷的排查和檢測。最終還是被我弄好了。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)計此裝置可以讓我們得到適宜的光照， 便于調(diào)節(jié)?？梢杂糜诖笈锸?菜的培養(yǎng)，路燈的控制，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 感受到光照增強(qiáng)此時可將報警裝置改為一個自動放下慮光板，可以保護(hù)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

22、，因為冬夏的日照不同，此裝 置可根據(jù)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(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(jìn)一步了解的程序。不管是電路理論，還是實際應(yīng)用， 經(jīng)過此次設(shè)計后我的能力都有了不少提升。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，仿真軟件不熟悉等。剛開始 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，知識面狹 隘，學(xué)過的知識遺忘了。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)理論知識有時覺得挺容易 的，但一旦自己真正動手設(shè)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(shè)計。致謝在此，我特別要感謝我的指導(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(xué)們保持 著良好的溝通并經(jīng)常給予