基于光電傳感器測距系統(tǒng)的設(shè)計

1、PAGE PAGE 17 課程設(shè)計說明書成績題 目 基于光電傳感器測距系統(tǒng)的設(shè)計課 程 名 稱 自動檢測技術(shù) 院（系、部、中心） 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號 240102222 設(shè) 計 時 間 2013.06.032013.06.14 設(shè) 計 地 點 工程實踐中心8315 指 導(dǎo) 教 師 課程設(shè)計任務(wù)書 課 程 名 稱 檢測技術(shù)與系統(tǒng)課程設(shè)計 院（系、部、中心） 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 起 止 日 期 2013.06.032013.06.14 指 導(dǎo) 教 師 1課程設(shè)計應(yīng)達到的目的通過對本課程的設(shè)計，使學(xué)生掌握常見被測量的檢測原理、方法和技術(shù)，了解國

2、內(nèi)外對這些工程量進行測控的系統(tǒng)組建原理，通過對檢測系統(tǒng)的設(shè)計與分析，增強學(xué)生理解和運用所學(xué)知識來解決實際問題的能力,逐步掌握根據(jù)具體測控要求、性能指標(biāo)設(shè)計出先進測控系統(tǒng)的方法和技術(shù)。2課程設(shè)計題目及要求題目：基于光電傳感器的測距系統(tǒng)設(shè)計要求：（1）測距范圍：0200mm，測距精度：1mm；（2）根據(jù)題意，明確測距系統(tǒng)性能指標(biāo)及系統(tǒng)能完成的功能；（3）根據(jù)系統(tǒng)要求，選擇合適的傳感器；（4）設(shè)計傳感器測量電路；（5）選擇單片機的品種、型號，設(shè)計單片機的外圍測量電路；（6）計算有關(guān)的電路參數(shù)，有條件的情況下，根據(jù)實驗室現(xiàn)有設(shè)備進行實驗數(shù)據(jù)的測取，明確測量電路輸出與被測非電量的關(guān)系；（7）畫出系統(tǒng)原理

3、框圖（此部分放在說明書的開始）；（8）畫出系統(tǒng)電路圖，最好用PROTEL畫；（9）在說明書中詳細(xì)說明本系統(tǒng)工作原理。3課程設(shè)計任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計計算說明書、圖紙、實物樣品等要求給出設(shè)計說明書一份；有條件的情況下盡量給出必要的實驗數(shù)據(jù)；在說明書中附上完整的系統(tǒng)電路原理圖（手畫或用PROTEL畫）。4主要參考文獻李現(xiàn)明，吳皓編著.自動檢測技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，2009徐仁貴.單片微型計算機應(yīng)用技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社.2001陳愛弟.Protel99實用培訓(xùn)教程.北京：人民郵電出版社.20005課程設(shè)計進度安排起 止 日 期工 作 內(nèi) 容 13年06月03日布置設(shè)計任務(wù)，熟悉課

4、題，查找資料；13年06月04日結(jié)合測控對象，選擇合適的傳感器，理解傳感器性能；13年06月05日設(shè)計傳感器測量電路，選擇合適的單片機，設(shè)計其外圍電路；13年06月06日設(shè)計電路參數(shù)，有條件情況下，在實驗室進行實驗，進一步理解測量電路輸入輸出關(guān)系；13年06月07日繼續(xù)設(shè)計論證電路參數(shù)，完善系統(tǒng)設(shè)計方案；13年 06月 10日查找資料，理解系統(tǒng)各部分工作原理；13年 06月 11日理清系統(tǒng)說明要點，著手設(shè)計說明書的書寫；13年 06月 12日書寫設(shè)計說明書，充分理解系統(tǒng)每一部分作用； 13年 06月 13日完善設(shè)計說明書，準(zhǔn)備設(shè)計答辯。 13年 06月 14日設(shè)計答辯。6成績考核辦法平時表現(xiàn)3

5、0%，設(shè)計成果40%，答辯表現(xiàn)30%.教研室審查意見：教研室主任簽字： 年 月 日院（系、部、中心）意見：主管領(lǐng)導(dǎo)簽字： 年 月 日目錄1,系統(tǒng)設(shè)計傳感器的選擇系統(tǒng)功能的描述系統(tǒng)原理框圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析2，主要器件的功能介紹（1）AD0804的結(jié)構(gòu)圖（2）AD0804引腳功能的介紹（3）AT89C51的結(jié)構(gòu)圖（4）AT89C51的主要特性及各引腳的功能3，傳感器的工作原理4，系統(tǒng)元件選擇以及參數(shù)設(shè)定5,系統(tǒng)的接線電路6，總結(jié)7，附錄（1）程序（2）電路圖基于光電傳感器測距系統(tǒng)設(shè)計摘要物體距離檢測系統(tǒng)，人們可以設(shè)置一定的距離范圍，在該范圍內(nèi)移動光源，光照強度的變化通過電壓反映出來，在顯示器中顯示出來

6、，根據(jù)電壓的大小大概推算出距離的遠(yuǎn)近。我們將光敏電阻傳感器作為檢測元件，它可以完成從光強從電阻值得信號轉(zhuǎn)換，再把電阻值轉(zhuǎn)換成電信號就可以作為系統(tǒng)的輸入信號。輸入信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換將數(shù)據(jù)送入單片機中進行數(shù)據(jù)處理，這一系列的過程我們是使用AT89C51單片機、AD0804轉(zhuǎn)換器這兩個器件來完成的。輸入信號處理后，就可以顯示了，。對于顯示部分可以利用LCD液晶顯示器來完成，在一定范圍內(nèi)，不同的距離在顯示屏中顯示的電壓是不一樣的。 一，系統(tǒng)設(shè)計1，傳感器的選擇：硫化鎘（Cds），光敏電阻器的阻值隨入射光線（可見光）的強弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達110M；在強光條件（100LX）下，它阻

7、值（亮阻）僅有幾百至數(shù)千歐姆。2，系統(tǒng)功能的描述：在測量物體距離時我們采用的時光敏電阻作為本次課題的光電傳感器。距離的變化引起光照強度的變化，進而光敏電阻的阻值發(fā)生變化，最終引起電路的輸出電壓的變化。本課題是以AT89C51單片機、AD0804轉(zhuǎn)換器核心器件，AD0804將電路中的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入單片機進行數(shù)據(jù)的處理，最后通過LCD液晶將電路的電壓顯示出來。3，系統(tǒng)原理框圖光電傳感器LCD液晶顯示信號處理單片機 4， 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析： 光電傳感器（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，電路中的（暗電流）

8、很小，當(dāng)受到光照時，半導(dǎo)體材料電導(dǎo)率增加，電阻減小，其阻值隨光照強度而減小，。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，機械強度高，耐沖擊，耐震動，抗過載能力強和壽命長等優(yōu)點，所以選擇光敏電阻采集光照信號，把不同的光照強度轉(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。把對光電信號的處理轉(zhuǎn)化為對電壓信號的處理。 AD0804（信號處理部分） AD0804是一只具有20引腳8位CMOS連續(xù)近似的A/D轉(zhuǎn)換器，將光敏電阻采集到的電壓模擬量信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的信號。 AT89C51(數(shù)據(jù)處理部分)AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃

9、爍可編程可擦除的只讀存儲低電壓高性能的CMOS8位微處理器，在本次課題中，AT89C51將AD0804轉(zhuǎn)換出來的數(shù)字信號進行處理，處理完成將電壓通過顯示器顯示出來，AT89C51和AD0804的接線圖如原理圖所示。 LCD液晶顯示(顯示部分)將電壓信號通過顯示器顯示出來，距離的改變直接通過電壓顯示出來，電壓的大小近似取決于距離的遠(yuǎn)近。 二，主要器件的功能介紹 1，AD0804的結(jié)構(gòu)圖 2，AD0804引腳功能的介紹（1）PIN1 (CS )：Chip Select，與RD、WR 接腳的輸入電壓高低一起判斷讀取或?qū)?入與否，當(dāng)其為低位準(zhǔn)(low) 時會active。（2）PIN2 ( RD )：

10、Read。當(dāng)CS 、RD 皆為低位準(zhǔn)(low) 時，ADC0804 會將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字訊號經(jīng)由DB7 DB0 輸出至其它處理單元。（3）PIN3 (WR )：啟動轉(zhuǎn)換的控制訊號。當(dāng)CS 、WR 皆為低位準(zhǔn)(low) 時，ADC0804 做清除的動作，系統(tǒng)重置。當(dāng)WR 由01且CS 0 時，ADC0804會開始轉(zhuǎn)換信號，此時INTR 設(shè)定為高位準(zhǔn)(high)。 （4） PIN4、PIN19 (CLK IN、CLKR)：頻率輸入/輸出。頻率輸入可連接處理單元的訊號頻率范圍為100 kHz 至800 kHz。而頻率輸出最大值無法大于640KHz，一般可選用外部或內(nèi)部來提供頻率。（5）PIN5 ( IN

11、TR )：中斷請求。轉(zhuǎn)換期間為高位準(zhǔn)(high)，等到轉(zhuǎn)換完畢時INTR 會變?yōu)榈臀?(low)告知其它的處理單元已轉(zhuǎn)換完成，可讀取數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。 （6） PIN6、PIN7 (VIN(+)、VIN(-)：差動模擬訊號的輸入端。輸入電壓VINVIN(+)VIN(-)，通常使用單端輸入，而將VIN(-)接地。（7）PIN8 (A GND):模擬電壓的接地端。（8）PIN9 (VREF2)模擬參考電壓輸入端。VREF 為模擬輸入電壓VIN 的上限值。若PIN9空接，則VIN 的上限值即為VCC。（9）PIN10 (D GND)數(shù)字電壓的接地端。（10）PIN11 PIN18 (DB7 DB0)轉(zhuǎn)換后之

12、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出端。（11）PIN20 (Vcc)驅(qū)動電壓輸入端 3，AT89C51的結(jié)構(gòu)圖 4，AT89C51的主要特性及各引腳的功能 （1）特性 與MCS-51 兼容4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間：10年全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz三級程序存儲器鎖定128*8位內(nèi)部RAM32可編程I/O線兩個16位定時器/計數(shù)器5個中斷源 可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時鐘電路（2）引腳的功能1.VCC：供電電壓；2.GND：接地；3.P0口：P0口為一個8位漏極開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能

13、夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。4.P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。5.P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 并因此作為輸

14、入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。6.P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表

15、41所示：引 腳第二功能信 號 名 稱P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7RXDTXDINT0INT1T0T1 WRRD串行數(shù)據(jù)接收串行數(shù)據(jù)發(fā)送外部中斷0請求外部中斷1請求定時器/計數(shù)器0計數(shù)輸入定時器/計數(shù)器1計數(shù)輸入外部RAM寫選通外部RAM讀選通P3口的第二功能 （3）晶振電路 時鐘電路是計算機的心臟，它控制著計算機的工作節(jié)奏。MCS-51單片機允許的時鐘頻率是因型號而異的典型值為12MHZ。 MCS-51內(nèi)部都有一個反相放大器，XTAL1、XTAL2分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時鐘送至單片機內(nèi)部的各個部件。電容C1和C

16、2的作用有兩個：其一是使振蕩器起振，其二是對振蕩器的頻率f起微調(diào)作用（C1、C2大，f變?。?，其典型值為30pF。 三，傳感器的工作原理 光電傳感器是利用光敏元件將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的的傳感器，它的敏感波長在可見光波長附件，包括紅外線波長和紫外線波長。光敏電阻器是利用半導(dǎo)體光電導(dǎo)效應(yīng)制成的一種特殊電阻器，對光線十分敏感，它的電阻值能隨著外界光照強弱（明暗）變化而變化。在無光照射時，呈高阻狀態(tài)；當(dāng)有光照射時，其電阻值迅速減小，廣泛用于各種控制電路，(自動照明燈控制電路、自動報警電路等)，家用電氣（如電視機中的高度自動調(diào)節(jié)。照相機中的自動曝光控制等）及各種測量儀器中。光敏電阻又稱光導(dǎo)管，它幾乎都是

17、用半導(dǎo)體材料制成的光電器件。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可以加直流電壓，也可以加交流電壓。當(dāng)光敏電阻受到一定波長范圍的光照時，它的阻值急劇減小，電路中的電流迅速增大，一般希望暗電阻越大越好，亮電阻越小越好，此時光敏電阻的靈敏度高。該系統(tǒng)可通過光敏電阻將由于距離變化引起的光照強度變化這一非電氣量轉(zhuǎn)化為電壓這一電氣量。當(dāng)距離近時，光照強，光敏電阻的阻值很小；當(dāng)距離遠(yuǎn)時，光照弱，光敏電阻的阻值大。四，系統(tǒng)的元件的選擇及參數(shù)的設(shè)定元件型號滑動變阻器RV11K電阻R1=R210K電阻R3=R41K電容C1150pf電容C2=C333pf晶振振蕩頻率12MHz模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD0804單片機

18、AT0804顯示器LCD(LM016L)電源部分：電源電壓設(shè)置為5V； 仿真時用滑動變阻器RV1代替光敏電阻，電阻；五，系統(tǒng)的接線電路該電路用滑動變阻器代替了光敏電阻，電阻值的變化引起電路輸出電壓的變化，電壓這個模擬量經(jīng)過AD0804模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，數(shù)字量的電壓信號進入單片機進行處理，最后通過LCD顯示。我們通過實驗得到距離和光敏電阻兩端電壓的數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)我們可以得到距離和電壓的近似的關(guān)系，數(shù)據(jù)如下：距離/mm5101520253035404550電壓/v3.612.661.711.20.940.750.610.510.430.37 通過表格中的數(shù)據(jù)，我們可以大概繪制出距離和電壓的曲線圖，如

19、下： 從曲線圖中我們我們可以看出，在一定的距離范圍，隨著距離的增大，光照強度變?nèi)?，光敏電阻的阻值增大，電路輸出的電壓值變小，所以我們就可以根?jù)顯示器顯示的的電壓的大小來大概判斷出距離的多少六，總結(jié) 經(jīng)過兩周的課程設(shè)計，我學(xué)到了很多。這次課程設(shè)計我們學(xué)到的遠(yuǎn)不止光電傳感器的設(shè)計，而是團隊的力量。 雖然一開始我們遇到了一些困難，程序設(shè)計也遇到了挫折。但是組員積極配合，通過與向別人的請教和查詢相關(guān)資料，最終我們都克服了這些困難。 作為當(dāng)代大學(xué)生，我們需要學(xué)習(xí)的不僅僅是課本知識這么簡單的了，更多的是需要學(xué)習(xí)自己的動手能力，在現(xiàn)在這個社會下，我們需要作出的不僅是書本知識，而是全面的素養(yǎng)。為此，通過這次課

20、程設(shè)計，七，附錄AT89S51的程序#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit rs=P25;sbit lcden=P27;sbit wr=P26;sbit WRR=P36;sbit RDD=P37;sbit CS=P20;uchar love=0;void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void write_com(uchar com)rs=0;wr=0;lcden=0;delay(1);P0=com;delay(1);lcden=

21、1;delay(1);lcden=0;void write_date(uchar date)rs=1;wr=0;lcden=0;P0=date;delay(1);lcden=1;delay(1);lcden=0;void init_lcd()lcden=0;write_com(0 x38);delay(1);write_com(0 x0c);delay(1);write_com(0 x06);delay(1);write_com(0 x01);delay(1);write_com(0 x80);delay(1);write_date(L);write_com(0 x81);delay(1);w

22、rite_date(o);write_com(0 x82);delay(1);write_date(v);write_com(0 x83);delay(1);write_date(e);write_com(0 x84);delay(1);write_date( );write_com(0 x85);delay(1);write_date(D);write_com(0 x86);delay(1);write_date(o);write_com(0 x87);delay(1);write_date(n);write_com(0 x88);delay(1);write_date(g);write_c

23、om(0 x89);delay(1);write_date( );write_com(0 x8a);delay(1);write_date(S);write_com(0 x8b);delay(1);write_date(h);write_com(0 x8c);delay(1);write_date(e);write_com(0 x8d);delay(1);write_date(n);write_com(0 x8e);delay(1);write_date(g);/*void write_sfm(uchar add,uchar date)uchar ge,shi;shi=date/10;ge=date%10;write_com(0 x80+0 x40+add);write_date(0 x30+shi);write_date(0 x30+ge); */voi