單片機(jī)教案25 課題9 光照度傳感器的控制編程

教案課題課題9光照度傳感器的控制編程課程單片機(jī)授課教師專業(yè)汽車課型新授教案序號(hào)25授課時(shí)間第十二周教學(xué)方法講授教學(xué)目標(biāo)1.了解光照度傳感器的參數(shù)及工作原理；2.掌握硬件電路的接線；3.掌握程序的含義。教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)及解決辦法掌握實(shí)現(xiàn)目標(biāo)功能的辦法通過(guò)PPT以及視頻演示的方法展示每條命令的具體含義，以及命令呈現(xiàn)的效果。作業(yè)布置抄寫軟件程序以及各個(gè)命令的含義教學(xué)后記學(xué)生聽(tīng)課情況學(xué)生掌握情況存在的問(wèn)題審查簽字年月日教學(xué)過(guò)程教師活動(dòng)教學(xué)內(nèi)容學(xué)生活動(dòng)組織教學(xué)詢問(wèn)上節(jié)課掌握情況復(fù)習(xí)提問(wèn)講授本節(jié)內(nèi)容總結(jié)布置作業(yè)清點(diǎn)人數(shù)記錄詢問(wèn)上節(jié)課掌握情況震動(dòng)傳感器的接線方法是什么？光照傳感器作為汽車重要的傳感器之一，它可以對(duì)外界環(huán)境光的強(qiáng)度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而控制車內(nèi)一些部件進(jìn)行相應(yīng)反應(yīng)，加強(qiáng)乘車體驗(yàn)。本節(jié)實(shí)驗(yàn)就是利用光敏電阻以及LED燈來(lái)模擬實(shí)現(xiàn)汽車遠(yuǎn)近光燈的自動(dòng)切換。首先我們先做一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的任務(wù)，即利用以下實(shí)驗(yàn)器材來(lái)編程模擬光控小臺(tái)燈。一、實(shí)驗(yàn)用器件ArduinoUNO板及配套USB數(shù)據(jù)線：1套光敏電阻：1個(gè)LED燈：1個(gè)10K歐的電阻：1個(gè)220歐的電阻：1個(gè)面包板：1個(gè)跳線：若干二、硬件連接取出本實(shí)驗(yàn)用到的所有元件后，按照下圖進(jìn)行連接。完成連接后，給Arduino接上USB數(shù)據(jù)線，供電，準(zhǔn)備下載程序。三、輸入代碼打開(kāi)ArduinoIDE，在編輯框中輸入下面的樣例代碼。//光控小臺(tái)燈intLED=8;//定義數(shù)字接口8voidsetup(){pinMode(LED,OUTPUT);//設(shè)置數(shù)字7口為輸出接口Serial.begin(9600);//設(shè)置串口通信的波特率為9600bps}voidloop(){intvalue=analogRead(0);//定義value為模擬接口0讀取的值Serial.print("value=");//串口顯示value=Serial.println(value);//串口顯示value的值后并回車delay(100);//延時(shí)100msif(value<150)//如果value的值小于150,則執(zhí)行if后大括號(hào)里的語(yǔ)句{digitalWrite(LED,HIGH);//IO口8設(shè)置為高電平，點(diǎn)亮數(shù)字8口的LED}elseif(value>=150)//否則如果value的值大于等于150,則執(zhí)行elseif后大括號(hào)里的語(yǔ)句{digitalWrite(LED,LOW);//熄滅8引腳相連的LED燈}}輸入完畢后，點(diǎn)擊IDE的“校驗(yàn)（Verify）”，查看輸入代碼是否通過(guò)編譯。如果顯示沒(méi)有錯(cuò)誤，單擊“下載（UpLoad）”，給Arduino下載代碼。由于這個(gè)實(shí)驗(yàn)是在白天進(jìn)行，因此我們運(yùn)用手機(jī)光來(lái)模擬太陽(yáng)光，也就是有手機(jī)光照的時(shí)候是白天，LED燈不會(huì)亮，沒(méi)有手機(jī)光照的時(shí)候認(rèn)為是黑夜，LED燈亮。四、代碼回顧本程序代碼中涉及到一個(gè)新的函數(shù)：analogRead(pin)，這個(gè)函數(shù)用于從模擬引腳讀值，pin是指連接的模擬引腳。Arduino的模擬引腳，輸入0~5V的電壓對(duì)應(yīng)讀到0~1023的數(shù)值，每個(gè)讀到的數(shù)值我們這里其實(shí)讀到的都是光照的電壓值，是以0~1023的方式輸出。在無(wú)手機(jī)光照和有手機(jī)光照兩種情況下，串口會(huì)分別讀出兩個(gè)數(shù)值，在兩個(gè)數(shù)值中我們?nèi)×艘粋€(gè)中間值150，作為黑夜?fàn)顟B(tài)的光照強(qiáng)度數(shù)值，一但低于這個(gè)數(shù)值，小臺(tái)燈就會(huì)自動(dòng)亮起來(lái)。五、硬件回顧1.本節(jié)實(shí)驗(yàn)所使用的光敏電阻又稱光導(dǎo)管，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長(zhǎng)的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電，在外加電場(chǎng)的作用下作漂移運(yùn)動(dòng)，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負(fù)極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。其實(shí)物如下圖所示：光敏電阻的工作原理就是基于光電效應(yīng)。即在有光照射時(shí)入射強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。其硬件連接方式跟前面學(xué)習(xí)的振動(dòng)開(kāi)關(guān)的連接方式類似，唯一的區(qū)別就是將數(shù)字口換成了模擬口。2.汽車上的光照度傳感器光照度傳感器在日光或燈光的照射下產(chǎn)生電信號(hào)，用于空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)控制或前照燈的自動(dòng)控制。用于檢測(cè)日光照度的傳感器也被稱為日光傳感器或陽(yáng)光傳感器。光照度傳感器有光電池式和光敏電阻式兩種類型，汽車上常用的光敏電阻式光照度傳感器。二極管光敏電阻式光照度傳感器以二極管為傳感元件，此類光照度傳感器結(jié)構(gòu)及電路如圖所示。光敏二極管的PN結(jié)與普通二極管一樣，具有單向?qū)щ娦裕陉?yáng)光照射下，其反向電阻會(huì)明顯減小。陽(yáng)光越強(qiáng)，光敏二極管的反向電阻就越小，將其連接到如圖所示的測(cè)量電路中，當(dāng)光敏二被管受到陽(yáng)光照射而其反向電阻下降時(shí)，測(cè)量電路就會(huì)有與日光量相對(duì)應(yīng)的電流產(chǎn)生，并通過(guò)R可輸出與光照強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的電壓U?？照{(diào)控制器可根據(jù)傳感器輸出的U。判斷車外陽(yáng)光的照射強(qiáng)度，并進(jìn)行相關(guān)的控制。六、進(jìn)階實(shí)驗(yàn)上個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們制作了光敏小臺(tái)燈，下面我們就在上面實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，制作汽車遠(yuǎn)近光燈自動(dòng)切換模型。1、實(shí)驗(yàn)用器件ArduinoUNO板及配套USB數(shù)據(jù)線：1套光敏電阻：1個(gè)LED燈：2個(gè)220歐的電阻：2個(gè)10K歐的電阻：1個(gè)面包板：1個(gè)跳線：若干2、硬件連接取出本實(shí)驗(yàn)用到的所有元件后，按照下圖進(jìn)行連接。完成連接后，給Arduino接上USB數(shù)據(jù)線，供電，準(zhǔn)備下載程序。3、輸入代碼打開(kāi)ArduinoIDE，在編輯框中輸入下面的樣例代碼。//汽車遠(yuǎn)近光燈自動(dòng)切換模型intjinLED=8;//定義數(shù)字接口8intyuanLED=9;//定義數(shù)字接口9voidsetup(){pinMode(jinLED,OUTPUT);//設(shè)置數(shù)字8口為輸出接口pinMode(yuanLED,OUTPUT);//設(shè)置數(shù)字9口為輸出接口Serial.begin(9600);//設(shè)置串口通信的波特率為9600bps}voidloop(){intvalue=analogRead(0);//定義value為模擬接口0讀取的值}Serial.print("value=");//串口顯示value=Serial.println(value);//串口顯示value的值后并回車delay(100);//延時(shí)100msif(value<=150)//如果value的值小于等于150(即無(wú)路燈的黑夜?fàn)顟B(tài)）,則執(zhí)行if后大括號(hào)里的語(yǔ)句{digitalWrite(yuanLED,HIGH);//IO口9設(shè)置為高電平，點(diǎn)亮數(shù)字9口的LEDdigitalWrite(jinLED,LOW);//IO口8設(shè)置為低電平，熄滅數(shù)字8口的LED}elseif(value>150&&value<350)//否則如果value的值大于150并且小于350時(shí)(即有路燈的黑夜?fàn)顟B(tài)）,則執(zhí)行if后大括號(hào)里的語(yǔ)句{digitalWrite(jinLED,HIGH);//IO口8設(shè)置為高電平，點(diǎn)亮數(shù)字8口的LEDdigitalWrite(yuanLED,LOW);//IO口9設(shè)置為低電平，熄滅數(shù)字9口的LED}elseif(value>350)//否則如果value的值大于350時(shí)(即白天狀態(tài)）,則執(zhí)行if后大括號(hào)里的語(yǔ)句{digitalWrite(jinLED,LOW);//IO口8設(shè)置為低電平，熄滅數(shù)字8口的LEDdigitalWrite(yuanLED,LOW);//IO口9設(shè)置為低電平，熄滅數(shù)字9口的LED}}輸入完畢后，點(diǎn)擊IDE的“校驗(yàn)（Verify）”，查看輸入代碼是否通過(guò)編譯。如果顯示沒(méi)有錯(cuò)誤，單擊“下載（UpLoad）”，給Arduino下載代碼。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們運(yùn)用手機(jī)光來(lái)模擬太陽(yáng)光，用教室里的日光燈光來(lái)模擬路燈。也就是有手機(jī)光照的時(shí)候是白天，近光燈和遠(yuǎn)光燈都不會(huì)亮；沒(méi)有手機(jī)光照，但有日光燈照的情況模擬的是有路燈的黑夜，此時(shí)近光燈量，遠(yuǎn)光燈不亮；沒(méi)有手機(jī)光照，也沒(méi)有日光燈照的情況模擬的是無(wú)路燈的黑夜，此時(shí)近光燈和遠(yuǎn)光燈都不亮。因此本實(shí)驗(yàn)會(huì)涉及三種光照狀態(tài)，即在有手機(jī)光照、有日光燈光照但無(wú)手機(jī)光照以及即沒(méi)有日光燈照也沒(méi)有手機(jī)光照，串口會(huì)分別讀出三個(gè)狀態(tài)下的光照數(shù)值，我們?cè)俜謩e取這三個(gè)數(shù)值的中間值便得到了兩個(gè)數(shù)值作