光敏電阻檢測(cè)光照亮度

1、傳感器綜合設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)（論文）說(shuō)明書題目：光敏電阻檢測(cè)光照亮度院（系）：信息與通信學(xué)院專業(yè)：電子信息工程學(xué)生姓名:學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師:2012年6月20日摘要本題設(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)）。使用光敏電阻光照強(qiáng)度的測(cè)量并進(jìn)行顯示，采取單片機(jī)對(duì)光敏電阻輸出變化進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換成數(shù)字量再使用數(shù)碼管進(jìn)行顯示。在單片機(jī)上加外圍器件三個(gè)LED，通過(guò)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。本設(shè)計(jì)具有有線路簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格低廉、性能優(yōu)越等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：光照亮度；光敏電阻；單片機(jī)；數(shù)碼管器AbstractSubjecttodesign

2、alightintensitytobeautomaticdetection,display,alarmsystem,therealizationontheoutsidethreedifferentconditionsoflightintensityFenDanginstructionsandalarm(weak,appropriate,stronger).Usephotoconductiveresistanceoflightintensitymeasurementthattakethemonolithicintegratedcircuittochangephotoconductiveresis

3、tanceoutputprocessingconvertedintodigitalquantitytousedigitaltubedisplayed.InthesingleperipheraldeviceswiththreeLED,bysamplingthelighttoilluminateintensitychoice,indigitaltubedisplayvoltagesize.Thisdesignhasasimplelines,compactstructure,lowprices,superiorperformanceetc.Characteristics.Keywords:light

4、brightness;Photoconductiveresistance;Singlechipmicrocomputer;Digitalpig弓I言11系統(tǒng)概述11.1設(shè)計(jì)要求11.2方案設(shè)計(jì)11.2.1方案說(shuō)明方案論證2.2硬件電路設(shè)計(jì)與分析32.1單片機(jī)最小系統(tǒng)32.2光敏電阻的主要特性及參數(shù)52.3光敏電阻接入電路圖62.4數(shù)碼管顯示電路72.5報(bào)警電路73軟件設(shè)計(jì)73.1主程序83.2安裝調(diào)試及測(cè)量數(shù)據(jù)分析114實(shí)訓(xùn)的心得體會(huì)11致謝錯(cuò)誤！未定義書簽。參考文獻(xiàn)14附錄15引言光照強(qiáng)度自動(dòng)檢測(cè)顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以自動(dòng)檢測(cè)光照強(qiáng)度的強(qiáng)弱并顯示讓人們知道此時(shí)光照強(qiáng)度的強(qiáng)弱。人們

5、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(bào)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(guò)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(jì)可分為三部分：即光照檢測(cè)部分、信號(hào)處理部分、光強(qiáng)顯示部分。還可加上報(bào)警部分。對(duì)于光照檢測(cè)部分可利用光敏電阻傳感器作為檢測(cè)元件，它可以完成從光強(qiáng)到電阻值的信號(hào)轉(zhuǎn)換， 再把電阻值轉(zhuǎn)換為電信號(hào)就可以作為系統(tǒng)的輸入信號(hào)。 對(duì)輸入信號(hào)處理后，就可以用來(lái)顯示了。對(duì)于顯示部分可利用數(shù)碼管來(lái)顯示，不同的光強(qiáng)對(duì)應(yīng)于不同數(shù)碼管顯示值，就能簡(jiǎn)單的顯示出不同的光強(qiáng)了。1系統(tǒng)概述1.1設(shè)計(jì)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

6、條件下光強(qiáng)的分檔指示和報(bào)警(弱、適宜、強(qiáng))。通過(guò)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(jì)至少三種以上不同光照條件，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。(6)不斷檢測(cè)設(shè)計(jì)和實(shí)踐的相差情況(7)仿真

7、調(diào)試方案(8)給出系統(tǒng)整機(jī)電路圖。(9)完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告1.2方案設(shè)計(jì)1.2.1方案說(shuō)明(1)傳感器選擇：選用光敏電阻作為采集光照信號(hào)的傳感器。(2)電阻測(cè)試：在室外太陽(yáng)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(cè)的光敏電阻的阻值為=15.6k歐。(3)方案原理圖：系統(tǒng)功能描述：考慮到系統(tǒng)的實(shí)用價(jià)值，確定了光照適宜時(shí)的光敏電阻值的范圍為1.4-3.6k歐，當(dāng)光照過(guò)強(qiáng)時(shí)，LED1點(diǎn)亮，蜂鳴器報(bào)警；光照適宜時(shí)，LED2點(diǎn)亮；黑暗時(shí)，LED3點(diǎn)亮，蜂鳴器也報(bào)警。即光照不適宜時(shí)就會(huì)報(bào)警，所以該系統(tǒng)不但可以完成光強(qiáng)的顯示、報(bào)警，而且可以判斷光照是否適宜。原理框圖如下:圖1-1原理框圖1

8、.2.2方案論證(1)光照強(qiáng)度的信號(hào)采集部分采用光敏電阻作為信號(hào)采集器件。光敏電阻是基丁光電導(dǎo)效應(yīng)的一種光電器件，無(wú)光照時(shí)，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(shí)，半導(dǎo)體材料電導(dǎo)率增加，電阻減小。其阻值隨光照增強(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(dòng)、抗過(guò)載能力強(qiáng)和壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。所以選擇光敏電阻采集光照信號(hào)，并把不同的光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為不同的電阻值。把光敏電阻申聯(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。丁是，就把對(duì)光照信號(hào)的處理轉(zhuǎn)化為對(duì)電壓信號(hào)V的處理。(2)信號(hào)處理部

9、分：采用集成電壓比較器LM358N作為信號(hào)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(gè)電壓值V1,V2,V3作為比較器的輸入電壓；兩個(gè)比較器設(shè)置兩個(gè)參考電壓Vrefl,Vref2。工作過(guò)程分析如下：光照較強(qiáng)時(shí)V1Vref1Vref2,兩個(gè)比較器的輸出電壓分別為（5V,0V） ;光照適宜時(shí)Vref1V2Vref2,兩個(gè)比較器的輸出電壓分別為（-5V,0）;光照黑暗時(shí)V3Vref2Vref1兩個(gè)比較器的輸出電壓分別為（-5V,5V）。這樣就完成了從模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)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(dòng)能力有

10、限，所以在輸出端加一個(gè)上拉電阻提高其驅(qū)動(dòng)能力。電路連接如原理圖所示，分析如下：當(dāng)光照較強(qiáng)時(shí)，兩個(gè)比較器的輸出電壓分別為（5V,0V）,LED1點(diǎn)亮；光照適宜時(shí)，兩個(gè)比較器的輸出電壓分別為（-5V,0）,LED2被點(diǎn)亮；光照黑暗時(shí)，兩個(gè)比較器的輸出電壓分別為（-5V,5V）,LED2、LED3被點(diǎn)亮。這樣三種狀態(tài)就顯示出來(lái)了。光敏電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換電路信號(hào)處理電路數(shù)碼管顯示電路報(bào)警電路（4）光報(bào)警部分采用有源蜂鳴器作為報(bào)警器件。電路連接如原理圖所示，用兩個(gè)NPN型BJT三極管的導(dǎo)通來(lái)控制報(bào)警電路的導(dǎo)通，三極管的導(dǎo)通乂受發(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(bào)警器了，

11、設(shè)計(jì)方案采用了當(dāng)光照較強(qiáng)或較暗時(shí)報(bào)警。工作過(guò)程分析如下：當(dāng)光照較強(qiáng)時(shí)，兩個(gè)比較器的輸出電壓分別為（5V,0V）,LED1點(diǎn)亮，三極管BJT1被導(dǎo)通，報(bào)警電路被導(dǎo)通，蜂鳴器報(bào)警；光照適宜時(shí)，兩個(gè)比較器的輸出電壓分別為（-5V,0）,LED2被點(diǎn)亮，三極管BJT1截止，報(bào)警電路也截止；光照黑暗時(shí)，兩個(gè)比較器的輸出電壓分別為（-5V,5V）,LED2、LED3被點(diǎn)亮，BJT2被導(dǎo)通，報(bào)警電路也被導(dǎo)通，蜂鳴器報(bào)警。2硬件電路設(shè)計(jì)與分析2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)STC12C5A08S2W介：新一代宏晶芯片具有1個(gè)時(shí)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(wàn)次/秒1T8051帶總線

12、，無(wú)法解密，管腳直接兼容傳統(tǒng)89C52,有全球唯一ID號(hào)可省復(fù)位電路,36-44個(gè)I/O內(nèi)部R/C時(shí)鐘的新一代宏晶芯片加密性強(qiáng)，解密難度高。中斷系統(tǒng)是使處理器具有對(duì)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(shí)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(gè)緊急事件。時(shí)鐘電路。由于頻率較大時(shí)，三角波、正弦波、方波等波中每一點(diǎn)延時(shí)時(shí)間為幾微秒，故延時(shí)時(shí)間還要加上指令時(shí)間即可得到指定頻率的波形，該電路用24MHz晶振。如下圖：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

13、時(shí)，無(wú)需此功能）增加外部掉電檢測(cè)電路，可在掉電時(shí)，及時(shí)將數(shù)存進(jìn)EEPROM,正常工作時(shí)無(wú)需操作EEP低功耗設(shè)計(jì)：空閑模式,HOLTEK芯片解密，（可由任意一個(gè)中斷喚醒）低功耗設(shè)計(jì)：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)丁普通8051:0420MHz=p|*圖1-2主控電路圖T2/PL0CT2/PL0C!140!1403Vcc3VccT2EX/P1.1T2EX/P1.1L L2392393 3P0,0/AD0P0,0/AD0P1,2CP1,2C3383383 3P0.1/AD1P0.1/AD1PL3CPL3C4374373 3P0.2/AD2P0.2/A

14、D2P1.4P1.4匚5365363TO.3TO.3ZAD33ZAD3KOSI/PL5CKOSI/PL5C6356353 3P0.4/AD4P0.4/AD4MIMIS0/PL6CS0/PL6CT34T343 3P0.5/AB5P0.5/AB5SCK/PL7tSCK/PL7t8338333 3P0.6/AD6P0.6/AD6RSTCRSTC9 932323 3P0.7/AD7P0.7/AD7RXD/P3.0CRXD/P3.0C10311031JEA/VPPJEA/VPPTXD/P3.1CTXD/P3.1C113011303 3ALE/PROGALE/PROGIHTb/P3,2CIHTb/P3,2

15、C122912293PESH3PESHIHT1/P3.3rIHT1/P3.3r132813283P2.7ZA153P2.7ZA15T0/P3.4T0/P3.4匚14271427JP2.6ZA14JP2.6ZA14Tl/Pl5CTl/Pl5C15261526D DP2.5H13P2.5H13WR/PWR/P京&C CIS25IS253 3P2.4/A12P2.4/A12RD/P3,7CRD/P3,7C17241724JP2.3/A11JP2.3/A11XTU2CXTU2C182318233P2.2/AiO3P2.2/AiOXTAL1CXTAL1C19221922JP2.1/A9JP2.1

16、/A9PDIPPDIP頃c c20212021JP2.0/A8JP2.0/A8圖1-3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(shí)，流過(guò)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(méi)有光照射的時(shí)候，流過(guò)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(shí)的電阻值(暗電阻)與受光照射時(shí)的電阻值(亮電阻)的相對(duì)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

17、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(cè)元件，這是光敏電阻的不足之處。一般在自動(dòng)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(shí)，應(yīng)把光敏電阻的材料和光源的種類結(jié)合起來(lái)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(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(wú)飽和現(xiàn)象。但是電壓不能無(wú)限地增大，因?yàn)槿魏喂饷綦?/p>

18、阻都受額定功率、最高工作電和額定電流的限制。超過(guò)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(shí)，光電流要經(jīng)過(guò)一段時(shí)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(shí)延特性。由丁不同材料的光敏,電阻時(shí)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(shí)延都比較大， 所以，它不能用在要求快速響應(yīng)的場(chǎng)合。圖1-4光敏電阻接入電路2.5報(bào)警電路采用有源蜂鳴器作為報(bào)警器件3軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)上，根據(jù)功能分了幾個(gè)模塊編程。模塊主要有：主程序模塊、檢測(cè)光度模塊,比較光亮度模塊。2.4數(shù)碼管顯示電路光強(qiáng)度顯示

19、電路i1圖1-5數(shù)碼管電路圖1-6光報(bào)警電路和光顯示電路3.1主程序圖1-7主程序的流程框圖應(yīng)用Keil進(jìn)行軟件仿真開發(fā)的主要步驟為： 編寫源程序并保存一建立工程并添加源文件一設(shè)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/StopDebugSession按Ctrl+F5鍵）進(jìn)入程序調(diào)試狀態(tài)，Keil提供對(duì)程序的模擬調(diào)試功能，內(nèi)建一個(gè)功能強(qiáng)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卜過(guò)程單步執(zhí)行（按F10或選擇Debug-StepOver*全速執(zhí)行等多種運(yùn)行方式進(jìn)行程序調(diào)試。如果發(fā)現(xiàn)程序有錯(cuò)

20、，可采用在線匯編功能對(duì)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(duì)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(duì)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(jìn)行調(diào)試的程序行，可采用斷點(diǎn)設(shè)置的方法處理(Debug-Insert/RemoveBreakpoint或Debug-Breakpoints等)。在模擬調(diào)試程序后，還須通過(guò)編程器將.hex目標(biāo)文件燒寫入單片機(jī)中才能觀察目標(biāo)樣機(jī)真實(shí)的運(yùn)行狀況。3.2安裝調(diào)試及測(cè)量數(shù)據(jù)分析通電、用萬(wàn)用表根據(jù)電路圖仔細(xì)檢查各線路連接是否正常。先是調(diào)試單片機(jī)部分，D

21、A和運(yùn)算放大器芯片不接。用STC_ISP_V483軟件通過(guò)申口下程序?？词欠窨梢哉Ｏ鲁绦?。可以正常下程序時(shí)，給51單片機(jī)下一個(gè)讓所有I/0口一會(huì)兒輸入0,延時(shí)，再輸出1,以此類推。用萬(wàn)用表測(cè)量各I/O口得電壓是不是一會(huì)兒高，一會(huì)兒低。在單片機(jī)報(bào)警器和LM358芯片，給單片機(jī)下測(cè)試程序，通過(guò)看數(shù)碼管輸出是否正常。給單片機(jī)下一個(gè)完整的程序，分別按下按鍵，看對(duì)應(yīng)的光照亮度。得到的值是否正常。3.3出現(xiàn)的問(wèn)題與解決的方法調(diào)試單片機(jī)的申口時(shí)，發(fā)現(xiàn)不能正常的下程序。我想可能是單片機(jī)壞了借了一塊學(xué)習(xí)板測(cè)試了一下單片機(jī)芯片，發(fā)現(xiàn)可以正常下載。這說(shuō)明很可能是我單片機(jī)的引腳可能出現(xiàn)焊接問(wèn)題。有可能哪個(gè)引腳虛焊或

22、假焊了。我仔細(xì)查看了電路圖于是我將電路板重新加焊一遍。再下程序，終于可以正常下載了。開始寫的測(cè)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(wèn)題，于是不斷的排查和檢測(cè)。最終還是被我弄好了。盡可能的讓電路板做到很完美，調(diào)節(jié)好各級(jí)的電阻讓實(shí)驗(yàn)結(jié)果精確。剛開始報(bào)警聲音很小。這也是要檢測(cè)和排查修改的范圍。測(cè)量?jī)x器：示波器；直流穩(wěn)壓電源；萬(wàn)用表。4實(shí)訓(xùn)的心得體會(huì)在本次的實(shí)訓(xùn)中，自己確定要做的題目之后，就開始上網(wǎng)搜索有關(guān)光敏電阻檢測(cè)光照亮度的相關(guān)的資料，收集了很多有關(guān)這方面的資料。后來(lái)再和一起都是做光敏電阻檢測(cè)光照亮度的同學(xué)交流了一番，最后確定方案之后，開始著手準(zhǔn)備畫PCB板和程序的查找和編

23、程。PCB板畫出來(lái)之后，然后就著手電路板的腐蝕和與元器件的焊接，硬件的調(diào)試和修改，程序的調(diào)試和仿真以及修改，最后到密碼鎖的完成。在本次的實(shí)訓(xùn)中，遇到了蠻多的問(wèn)題，只要是硬件和軟件方面的問(wèn)題。一是腐蝕電路板的時(shí)候，剛開始電路板的短路線畫得太小了，腐蝕的時(shí)候容易斷路，焊盤設(shè)計(jì)得太小了導(dǎo)致打孔的時(shí)候容易把焊盤打沒(méi)了。二是焊接的過(guò)程中，由于自己的粗心大意，把發(fā)光二極管的正負(fù)極方向焊反了，導(dǎo)致電路沒(méi)能按照設(shè)計(jì)的那樣正常的發(fā)光和報(bào)警。三是調(diào)試程序時(shí)，程序剛開始按照自己所想的那樣去運(yùn)行，在仿真電路里面正常調(diào)試了，但是燒錄到單片機(jī)里面的時(shí)候就是不得，后面查閱了一定的資料和通過(guò)同學(xué)的指導(dǎo)之后才得與實(shí)現(xiàn)。此次的實(shí)訓(xùn)由于時(shí)間的過(guò)于緊張，沒(méi)能把