光強(qiáng)檢測系統(tǒng)設(shè)計報告

1、0 / 16 文檔可自由編輯打印 電電子子設(shè)設(shè)計計自自動動化化實實訓(xùn)訓(xùn)說說明明書書 題題 目目： 光強(qiáng)檢測系統(tǒng)設(shè)計 系系 部：部： 信息與控制工程學(xué)院 專專 業(yè)：業(yè)： 電子信息工程 班班 級級： 學(xué)生姓名學(xué)生姓名： 學(xué)學(xué) 號號： 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師： 戴曰章 2010 年 12 月 9 日 / 16 文檔可自由編輯打印目 錄 1 引言.12 設(shè)計任務(wù)及要求.12.1 基本要求 .12.2 主要器件及功能 .13 總體框圖及原理.24 電路原理.34.1 電源電路 .34.2 最小系統(tǒng)電路 .34.3 顯示電路 .54.4 檢測電路 .64.5 數(shù)據(jù)傳輸電路 .74.6 A/D 轉(zhuǎn)換電路.84.7

2、 繼電器控制電路 .95 PCB 版圖設(shè)計 .116 實訓(xùn)總結(jié).12參考文獻(xiàn).13 0 / 16 文檔可自由編輯打印1 1 引言引言 工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對光照強(qiáng)度的要求越來越高，為了更好的利用光照來提高生產(chǎn)，應(yīng)精確的檢測并控制光照的強(qiáng)度。本設(shè)計基于此目的，設(shè)計了簡單的光強(qiáng)檢測系統(tǒng)。2 2 設(shè)計任務(wù)及要求設(shè)計任務(wù)及要求2.12.1 基本要求：基本要求：設(shè)計制作一套單片機(jī)光照強(qiáng)度控制系統(tǒng)，包括：（1）硬件原理圖（2）印制板 PCB 圖2.22.2 主要器件及功能主要器件及功能器件功能STC89C52實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制MAX232CPE實現(xiàn)串口通訊功能驅(qū)動與串口數(shù)據(jù)接收功能繼電器實現(xiàn)對光強(qiáng)的控制數(shù)碼管實現(xiàn)對

3、光強(qiáng)的顯示TLC1543實現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換光敏電阻實現(xiàn)對光照的采集電源給系統(tǒng)提供穩(wěn)定電壓1 / 16 文檔可自由編輯打印3 3 總體框圖及原理總體框圖及原理圖 3.1 總體框圖設(shè)計原理：本設(shè)計采用了 STC89C52 單片機(jī)組成光照控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對光強(qiáng)的控制。光強(qiáng)傳感器采用了光敏電阻,對光照強(qiáng)度進(jìn)行實時采樣。通過 A/D 轉(zhuǎn)換模塊將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再通過串行編程模塊將其傳入到單片機(jī)進(jìn)行處理。然后通過數(shù)碼管顯示，用繼電器控制光照，以此達(dá)到對光照強(qiáng)度的控制。光 照 傳 感 器STC89C52單片機(jī)基本控制系統(tǒng)LCD 顯示鍵盤繼電器光 照模數(shù)轉(zhuǎn)換器串行 輸入2 / 16 文檔可自

4、由編輯打印4 4 電路原理電路原理4.14.1 電源電路電源電路圖 4.1 電源模塊電源模塊原理：本電路將 USB 電流作輸入，通過濾波、穩(wěn)壓等將電流轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的電壓給系統(tǒng)供電。4.24.2 最小系統(tǒng)電路最小系統(tǒng)電路3 / 16 文檔可自由編輯打印圖 4.2 MCU 最小系統(tǒng)MCU 最小系統(tǒng)工作原理：設(shè)計中選用 STC89C52 單片機(jī)，共有四個 8 位的 I/O 口,外加 12MHz 晶振提供時鐘信號，采用上電復(fù)位模式，P2. 2 口號和采樣與處理器件 MAX232CPE 通訊，直接輸入 12 位數(shù)字量到 89C52 內(nèi)進(jìn)行處理，P2.0 口輸出控制信號與外接電源構(gòu)成回路來控制固態(tài)繼電器的輸

5、入信號，P0 口與 LCD 液晶顯示模塊連接，用于實時光照顯示和控制。4 / 16 文檔可自由編輯打印4.34.3 顯示電路顯示電路圖 4.3 數(shù)碼管顯示模塊數(shù)碼管顯示原理：數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按能顯示多少個 “8”可分為 1 位、2 位、4 位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM 接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平

6、時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM 接到地線 GND 上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機(jī)的 I/O 端口進(jìn)行驅(qū)動，或者使用如 BCD 碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是

7、占用I/O 端口多，如驅(qū)動 5 個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 5840 根 I/O 端口來驅(qū)動，要知道一個 89S51 單片機(jī)可用的 I/O 端口才 32 個），實際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進(jìn)行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。 5 / 16 文檔可自由編輯打印 動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一， 動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的 8 個顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的 I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決

8、于單片機(jī)對位選通COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM 端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為 12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O 端口，而且功耗更低。 4.44.4 檢測電路檢測電路圖 4.4 光強(qiáng)轉(zhuǎn)換模塊光強(qiáng)轉(zhuǎn)換模塊原理：光照通過 R16 光傳感器將光照

9、強(qiáng)弱轉(zhuǎn)換成電信號并將其傳輸?shù)?A/D 轉(zhuǎn)換模塊。 6 / 16 文檔可自由編輯打印4.54.5 數(shù)據(jù)傳輸電路數(shù)據(jù)傳輸電路圖 4.5 串行編程模塊串行編程模塊原理：實現(xiàn)串口通訊功能驅(qū)動與串口數(shù)據(jù)接收功能集成IC 這個 max232cpe 的芯片必須+5V 電源才會工作。主要用在外圍設(shè)備中主要起到與電腦或單片機(jī)這一塊串口通訊。 7 / 16 文檔可自由編輯打印4.64.6 A/DA/D 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路圖 4.6 A/D 轉(zhuǎn)換模塊TLC1543 簡介：TLC1543 是由 TI 公司開發(fā)的開關(guān)電容式 AD 轉(zhuǎn)換器，該芯片具有如下的一些特點：10 位精度、11 通道、三種內(nèi)建的自測模式、提供 EOC

10、（轉(zhuǎn)換完成）信號等。該芯片與單片機(jī)的接口采用串行接口方式，引線很少，與單片機(jī)連接簡單。圖 1 是TLC1543 的引腳示意圖，其中 A0A10 是 11 路輸入，Vcc 和 GND 分別是電源引腳，REF+和 REF-分別是參考電源的正負(fù)引腳，使用時一般將 REF-接到系統(tǒng)的地，達(dá)到一點接地的要求，以減少干擾。其余的引腳是 TLC1543 與 CPU 的接口，其中 CS 為片選端，如不需選片，可直接接地。I/O Clock 是芯片的時鐘端，Adress 是地址選擇端，Data Out 是數(shù)據(jù)輸出端，這三根引腳分別接到 CPU 的三個 I/O 端即可。EOC 用于指示一次 AD 轉(zhuǎn)換已完成，CP

11、U 可以讀取數(shù)據(jù)，該引腳是低電平有效，根據(jù)需要，該引腳可接入 CPU 的中斷引腳，一旦數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成，向 CPU 提出中斷請求；此外，也可將該引腳接入一個普通的 I/O 引腳，CPU 通過查詢該引腳的狀態(tài)來了解當(dāng)前的狀態(tài)，甚至該引腳也可以不接，在 CPU 向 TLC1543 發(fā)出轉(zhuǎn)換命令后，過一段固定的時間去讀取數(shù)據(jù)即可。模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程 ：模數(shù)轉(zhuǎn)換包括采樣、保持、量化和編碼四個過程。在某些特定的時刻對這種模擬信號進(jìn)行測量叫做采樣，量化噪聲及接收機(jī)噪聲等因素的影響，采樣速率一般取 。通常采樣脈沖的寬度 是很短的，故采樣輸出是斷續(xù)的窄max5 . 2ffswt8 / 16 文檔可自由編輯打印脈沖。要

12、把一個采樣輸出信號數(shù)字化 ，需要將采樣輸出所得的瞬時模擬信號保持一段時間，這就是保持過程。 量化是將連續(xù)幅度的抽樣信號轉(zhuǎn)換成離散時間、離散幅度的數(shù)字信號，量化的主要問題就是量化誤差。假設(shè)噪聲信號在量化電平中是均勻分布的， 則量化噪聲均方值與量化間隔和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗值有關(guān)。編碼是將量化后的信號編碼成二進(jìn)制代碼輸出。這些過程有些是合并進(jìn)行的，例如，采樣和保持就利用一個電路連續(xù)完成，量化和編碼也是在轉(zhuǎn)換過程中同時實現(xiàn)的，且所用時間又是保持時間的一部分。4.74.7 繼電器控制電路繼電器控制電路圖 4.7 繼電器模塊繼電器模塊驅(qū)動原理：當(dāng) STC89C52 單片機(jī)的 P3.5 引腳輸出低電平時，

13、三極管 T5 飽和導(dǎo)通，+5V 電源見到繼電器線圈兩端，繼電器吸合，同時狀態(tài)指示的發(fā)光二極管也點亮，繼電器的常開觸點閉合，相當(dāng)于開關(guān)閉合 。當(dāng) STC89C52 單片機(jī) P3.5 引腳輸出高電平時，三極管 T5 截止，繼電器線圈兩端沒有電位差，繼電器銜鐵釋放，同時狀態(tài)指示的發(fā)光二極管也熄滅，繼電器的常開觸點釋放，相當(dāng)于開關(guān)斷開。注：在三極管截止的瞬間，由于線圈中的電流不能突變?yōu)榱?，繼電器線圈兩端會產(chǎn)生一個較高電壓的感應(yīng)9 / 16 文檔可自由編輯打印電動勢，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢則可以通過二極管釋放，從而保護(hù)了三極管免被擊穿，也消除了感應(yīng)電動勢對其他電路的干擾，這就是二極管的保護(hù)作用。10 /

14、16 文檔可自由編輯打印5 5 PCBPCB 版圖設(shè)計版圖設(shè)計圖 5.1 PCB 版圖設(shè)計11 / 16 文檔可自由編輯打印6 6 實訓(xùn)總結(jié)實訓(xùn)總結(jié)通過這次實習(xí),我們熟練掌握了常用的電工工具的使用方法和注意事項，使我們對電子工藝的理論有了更深入的了解.我們熟悉了從設(shè)計電路，仿真，制板，焊接，調(diào)試電路的技巧,工作原理與組成元件的作用等 .這些知識不僅僅是在課堂上有效,對以后的學(xué)習(xí)也同樣有很重要的意義.而且在日常生活中也有著非常現(xiàn)實的意義.同時還培養(yǎng)了我們的團(tuán)隊合作精神.我們明白了,在團(tuán)隊里面.光靠一個人的力量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的.只有大家齊心協(xié)力、共同合作才能夠又快又好地完成任務(wù).這次的實習(xí)對自己的動手

15、能力是一個很大的鍛煉.我們平時都只注重理論方面的學(xué)習(xí),而往往忽略了實踐的重要性 .俗話說:實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn).沒有足夠的動手能力,很難在未來的科研尤其是實驗研究中有所成就.在實習(xí)中,我們鍛煉了自己的動手能力,掌握了操作技巧,提高了自己動手解決問題的能力.比如電路板的制作就是一個不小的挑戰(zhàn)，稍不留神就會在過塑的時候出錯，電路圖印在板上不完全。但我們在面對困難的時候沒有退卻，經(jīng)過 5 次重復(fù)實驗最后還是較好的完成了任務(wù).兩周的實習(xí)很短暫,但卻給我們以后的道路指出一條明路 ,那就是思考著做事,事半功倍,更重要的是,做事的心態(tài),也可以得到磨練,可以改變很多不良的習(xí)慣,例如：在電工實習(xí)過程中,起初效率低.為什么呢?那是因為在開始的時候大家并沒有進(jìn)行明確的分工.三個人中只有一個人在做,另外兩個人更像是與實驗無關(guān)的局外人.而且在開工前,也沒有統(tǒng)一意見,彼此缺少應(yīng)有的默契.而通過不斷的磨合,心與心的交流以及對操作的逐漸熟練,使我們學(xué)到了這種經(jīng)驗。12 / 16 文檔可自由編輯打印參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1劉西社, 劉建平, 吳寶寧等 閃光有效光強(qiáng)測定儀研究應(yīng)用光學(xué), 1996;2李紅濱等新型數(shù)字邏輯器件第 1 版, 西安電子科技大學(xué)出版社, 19923馬宗龍,