1222222222222光照強(qiáng)度自動(dòng)檢測(cè)顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)題目：光照強(qiáng)度自動(dòng)檢測(cè)顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、 題目的認(rèn)識(shí)理解本次設(shè)計(jì)題目是光照強(qiáng)度自動(dòng)檢測(cè)顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)，既然是系統(tǒng)設(shè)計(jì)，我們可以將其分解為模塊，把復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化。數(shù)據(jù)采集模塊，可用光敏電阻將光照強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電阻信號(hào)從而進(jìn)行測(cè)量計(jì)算。測(cè)量電路模塊，設(shè)置分壓電路和比較電路，將電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)分檔輸出，用于顯示和報(bào)警。顯示報(bào)警模塊，用發(fā)光二極管進(jìn)行顯示，同時(shí)設(shè)置光照過(guò)強(qiáng)時(shí)蜂鳴器報(bào)警。二、 設(shè)計(jì)任務(wù)要求：設(shè)計(jì)一個(gè)光照強(qiáng)度自動(dòng)檢測(cè)、顯示、（報(bào)警）系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)外界三種不同條件下光強(qiáng)的分檔指示和報(bào)警（弱、適宜、強(qiáng)）1、方案的設(shè)計(jì)根據(jù)題目選定光照強(qiáng)度自動(dòng)檢測(cè)所用的光電傳感器類型；1）自己設(shè)計(jì)至少三種以上

2、不同光照條件，測(cè)定不同光照條件下光電傳感器的輸出；2）傳感器測(cè)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(bào)警系統(tǒng)方案的論證和設(shè)計(jì)；3）完成自然光光照強(qiáng)度自動(dòng)檢測(cè)顯示報(bào)警系統(tǒng)電路方框圖、電路原理圖的設(shè)計(jì)；4）完成自然光光照強(qiáng)度自動(dòng)檢測(cè)顯示報(bào)警系統(tǒng)中核心芯片的選型、系統(tǒng)中各個(gè)參數(shù)的計(jì)算（備注：1. 含各種元件參數(shù)的計(jì)算過(guò)程或依據(jù)2. 選定最接近計(jì)算結(jié)果的元件規(guī)格）；5）設(shè)計(jì)結(jié)束后，進(jìn)行仿真調(diào)試。2、仿真調(diào)試方案利用：Multisim等軟件仿真，得出主要信號(hào)輸入輸出點(diǎn)的波形，根據(jù)仿真結(jié)果驗(yàn)證設(shè)計(jì)功能的可行性、參數(shù)設(shè)計(jì)的合理性；給出系統(tǒng)整機(jī)電路圖（利用PROTEL軟件

3、做出原理圖SCH文件和PCB文件）。3、完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告。三、 設(shè)計(jì)所需基礎(chǔ)知識(shí)及工具1、基礎(chǔ)知識(shí)電路理論中電阻電路的分析、模擬電子線路中運(yùn)算放大器、比較器、功率放大器等知識(shí)，數(shù)字電子線路中開關(guān)特性及數(shù)字信號(hào)等知識(shí)，傳感器技術(shù)中的光電傳感器原理及應(yīng)用、測(cè)量電路等部分知識(shí)。2、設(shè)計(jì)工具電子電路EDA仿真軟件：Multisim電子線路設(shè)計(jì)軟件：Protel99SE。四、 方案設(shè)計(jì)及其論證（包含課題的功能與指標(biāo)分析、電路的結(jié)構(gòu)組成方框圖、各部分單元電路間關(guān)系、單元電路方案設(shè)計(jì)考慮）1、課題功能與指標(biāo)分析：本次課題設(shè)計(jì)主要是為了實(shí)現(xiàn)光照強(qiáng)度的自動(dòng)檢測(cè)與分檔顯示和報(bào)警。首先，必須設(shè)定分檔環(huán)境，可用三種環(huán)

4、境狀態(tài)分四檔。環(huán)境狀態(tài)光敏電阻電阻值太陽(yáng)光直射R1=240室內(nèi)日光燈R2=1.5k黑衣物包裹R3=150 k其次，將光敏電阻電阻值與上述三種狀態(tài)下阻值進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)分檔顯示和報(bào)警。檔次光敏電阻電阻值顯示狀態(tài)黑暗RX>R3三管都不亮弱光R2<RX<R3一管亮適宜R1<RX<R2兩管亮強(qiáng)光RX<R1三管都亮，蜂鳴器響設(shè)計(jì)電路，應(yīng)完成以上功能。2、電路的結(jié)構(gòu)、組成方塊圖：從電路原理圖看其實(shí)很簡(jiǎn)單，右邊三個(gè)比較器部分電路完全相同。結(jié)構(gòu)分析如下：1）供電電源VCC=12V，給分壓電路、比較器、發(fā)光管、蜂鳴器供電。2）分壓電路。包括光敏電阻分壓和基準(zhǔn)電阻分壓。3）比較電

5、路。比較器的兩個(gè)比較端一個(gè)從光敏電阻一端引出，接入比較器負(fù)比較端，另一個(gè)從三個(gè)基準(zhǔn)電阻分壓端引出，接入比較器正比較端。若光敏電阻比較端阻值大于基準(zhǔn)電阻，則分壓也大于基準(zhǔn)電阻，比較器輸出為負(fù)，反之亦然。4）顯示報(bào)警電路。比較器輸出端通過(guò)限流電阻Rc接發(fā)光二極管，同時(shí)為防止比較器無(wú)法驅(qū)動(dòng)發(fā)光管，輸出端通過(guò)上拉電阻Rb接電源，以提供足夠功率。最小基準(zhǔn)電阻發(fā)光管并聯(lián)蜂鳴器。3、各部分單元電路間關(guān)系:為了分析各部分單元電路之間的關(guān)系，我以信號(hào)流程做主軸，分析如下：1）信號(hào)采集，光敏電阻處于被測(cè)環(huán)境感光，會(huì)有一感光阻值，計(jì)為RX（原理圖中用兩個(gè)滑動(dòng)變阻器代替）。這樣就把被測(cè)光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。2）信號(hào)測(cè)量

6、，為了知道光敏電阻的阻值在所分的哪檔之間，需要進(jìn)行測(cè)量比較。分壓電路和比較電路就是完成此功能。光敏電阻和基準(zhǔn)電阻分別分壓接入比較器兩端（實(shí)際上是被測(cè)信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)比較）。由于另一分壓電阻相同，電阻大的分壓就多。比較結(jié)果反映在比較器的輸出端。采用了三個(gè)比較電路比較，就可以確定光敏電阻在四檔的哪一檔。3）信號(hào)表達(dá)，通過(guò)比較器出來(lái)的是電壓信號(hào)，為了使人能直接感知，接上發(fā)光二級(jí)管。高電壓即點(diǎn)亮發(fā)光二級(jí)管。4、單元電路方案設(shè)計(jì)考慮：設(shè)計(jì)時(shí)須對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全面綜合考慮。以完成課題功能要求為前提，盡量使電路簡(jiǎn)單清晰。按照前面分析，首先應(yīng)將系統(tǒng)分為三個(gè)模塊，其中測(cè)量顯示電路重點(diǎn)設(shè)計(jì)分析如下：1） 電源部分：為

7、了驅(qū)動(dòng)比較器，電源電壓設(shè)置為12V2） 分壓電路：為了便于分壓比較，另一分壓電阻Ra均設(shè)為相同值3） 比較電路：為了符合正常邏輯思維，應(yīng)該設(shè)定光照越強(qiáng)，亮的發(fā)光管越多。所以才將光敏電阻分壓端接入比較器負(fù)比較端。光最強(qiáng)時(shí)，電阻最小，分壓最少，比較器負(fù)輸入端都小于正輸入端，比較器輸出都為正，三個(gè)發(fā)光管都亮。4） 為了實(shí)現(xiàn)光敏電阻精確連續(xù)分壓，仿真時(shí)用兩個(gè)滑動(dòng)變阻器代替，一個(gè)粗調(diào)，一個(gè)細(xì)調(diào)。5） 顯示電路：為了驅(qū)動(dòng)發(fā)光管，應(yīng)設(shè)置上拉電阻Rb，為了保護(hù)發(fā)光管，應(yīng)設(shè)置限流電阻Rc。個(gè)阻值計(jì)算見參數(shù)計(jì)算。6） 報(bào)警電路：應(yīng)設(shè)置當(dāng)光照過(guò)強(qiáng)時(shí)，使蜂鳴器響。將蜂鳴器并聯(lián)到Rc3和LED3兩端。僅當(dāng)光照很強(qiáng)時(shí)，光

8、敏電阻阻值才小于R3，蜂鳴器才響。其他狀態(tài)，蜂鳴器都不響。具體狀態(tài)分析見仿真結(jié)果五、 電路中各元器件選型和參數(shù)計(jì)算元器件選型：元器件類別型號(hào)直流電源穩(wěn)壓直流電源 12V/1000MA光敏電阻5537電阻金屬膜電阻比較器HA17339發(fā)光二極管SM210363,蜂鳴器無(wú)源1206分體5.5歐蜂鳴器參數(shù)計(jì)算：（根據(jù)電路原理及實(shí)際市場(chǎng)計(jì)算選擇）電源：VCC=12V基準(zhǔn)電阻：用來(lái)分檔，故應(yīng)等于光敏電阻三種狀態(tài)下阻值。 R1=240 R2=1.5 k R3=150 k分壓電阻Ra：為了使分壓不至過(guò)大或過(guò)小影響精度，取R1和R3中間大小，Ra=5 k上拉電阻Rb：Rb提供驅(qū)動(dòng)電流，不宜過(guò)大，取Rb=100

9、限流電阻Rc：Rc=（比較器輸出電壓-發(fā)光管壓降）/發(fā)光管額定電流 經(jīng)計(jì)算Rc=（12-2）/5=2 k,實(shí)際取 Rc=1 k,留有一定余地，另外Rc3與LED3并聯(lián)蜂鳴器，測(cè)得兩端電壓約為7V，故取Rc3=600。六、 設(shè)計(jì)總結(jié)（包括對(duì)設(shè)計(jì)的目的和意義的認(rèn)識(shí)、本人完成情況、設(shè)計(jì)中的主要收獲和不足、對(duì)設(shè)計(jì)類課程的建議）。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)傳感器、電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)有了更深的的理解也加強(qiáng)了我的實(shí)際動(dòng)手能力。不管是電路理論，還是實(shí)際應(yīng)用，經(jīng)過(guò)此次設(shè)計(jì)后我的能力都有了不少提升。同時(shí)在本次課程設(shè)計(jì)時(shí)，也暴露了自己的不少毛病，如設(shè)計(jì)過(guò)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(shí)候，Protel和Multisim完全不會(huì)，但經(jīng)過(guò)兩天的摸索，也逐步上手了。通過(guò)這幾天的努力奮斗，最終做出電路原理圖，仿真結(jié)果也基本滿足課題功能要求，心里有一種莫名的成就感。平常我們上課學(xué)習(xí)理論知識(shí)有時(shí)覺得挺容易的，但一旦自己真正動(dòng)手設(shè)計(jì)，才發(fā)現(xiàn)自己有很多不足。只有實(shí)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(jì)。七、 主要參考資料1 王化祥.張淑英；傳感器原理及應(yīng)用.天津：天津大學(xué)出版社，2007.2. 2康華光；電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分.北京:高等教育出版社，2006.1.八、 附件1：整機(jī)電路原理圖（附頁(yè)1）Pro