光敏电阻传感器综合设计实训(论文)说明书

光敏电阻传感器综合设计实训(论文)说明书 . 传感器综合 实训 (论文)说明书 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目: 光敏电阻测光强度设计 院 (系): 信息与通信学院 专 业: 电子信息工程 学生姓名: 学 号: 指导教师: 2012年 6 月 22 日 摘 要 光敏电阻测光强度系统，该系统可以自动 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 光照强度的强弱并显示让人们知道此 . 桂林电子科技大学实训说明书用纸 时光照强度的强弱。人们可以通过看此装置的显示了解现在的光照状态，做合理的光照调节。该设计可分为三部分:即光照检测部分、信号处理部分、光强显示部分。还可加上报警部分。对于光照检测部分可利用光敏电阻传感器作为检测元件，它可以完成从光强到电阻值的信号转换，再把电阻值转换为电信号就可以作为系统的输入信号。对输入信号处理后，就可以用来显示了。对于显示部分可利用数码管来显示，不同的光强对应于不同的数值，就能简单的显示出不同的光强了。 关键词:光敏电阻、光照强度、数码管 目 录 引言 ............................................................................................................................................................... 3 1 桂林电子科技大学实训说明书用纸 一、设计任务与要求 ........................................................................................................ 3 1.1本综合设计实训任务的内容和要求 ............................................................................................... 3 二、系统概述 .................................................................................................................... 3 2.1 系统的主要功能 .................................................................................................................................. 3 2.2光敏电阻测光系统的工作原理 ....................................................................................... 4 2.3 光敏电阻测光系统的工作过程 ....................................................................................................... 4 2.4 元器件的选择 ....................................................................................................................................... 5 2.5 光敏电阻功能及简介 ......................................................................................................................... 5 三、系统总体 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的设计 ............................................................................................. 6 3.1 硬件电路的设计 .............................................................................................................. 6 3.2 光强度自动检测电路的设计 ............................................................................................................ 7 3.3A/D转换器电路的设计 ....................................................................................................................... 8 3.4 显示电路的设计 .................................................................................................................................. 8 四、 软件设计 .................................................................................................................. 9 4.1 设计思想 .............................................................................................................................................. 9 4.2 方案实现 .............................................................................................................................................. 9 五、实训 心得体会 决胜全面小康心得体会学党史心得下载党史学习心得下载军训心得免费下载党史学习心得下载 ......................................................................................................... 11 参考文献 ........................................................................................................................... 13 附录 .................................................................................................................................... 14 引言 “传感器原理及应用”是一门实践性和实用性都很强的课程，学习的目的在于应用。 2 桂林电子科技大学实训说明书用纸 本设计实训是配合“传感器原理及应用”课堂教学的一个重要的实践教学环节，在本课程设计指导书中列举了一些常用的小型设计系统，旨在起到巩固课堂和书本上所学知识，加强综合能力，提高系统设计水平，启发创新思想的效果。 一、设计任务与要求 1.1本综合设计实训任务的内容和要求 设计一个光照强度自动检测、显示系统，实现对外界不同条件下光强的不同显示数值 1)根据题目选定光照强度自动检测所用的光敏测光强度传感器类型 自己设计不同光照条件下光敏测光传感器的输出; a、传感器测量电路采用集成运算放大器构成的比较器完成，完成不同光照条件下显示系统方案的论证和设计; b、完成自然光光照强度自动检测显示系统电路方框图、电路原理图的设计; c、完成自然光光照强度自动检测显示系统中核心芯片的选型、系统中各个参数的计算 d、设计结束后，进行仿真调试。 2) 仿真调试方案 a、给出系统整机电路图。 3) 完成课程设计报告 二、 系统概述 2.1 系统的主要功能 光传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。光传感器的不只局限于对光的探测，它还可以作为探测元件组成其他传感器，对许多非电量进行检测，只要将这些非电量转换为光信号的变化即可。光传感器是目前产量最多、应用最广的传感器之一它在自动控制和非电量电测技术中占有非常重要的地位。 光敏电阻器是利用半导体光电导效应制成的一种特殊电阻器，对光线十分敏感，它的电阻值能随着外界光照强弱(明暗)变化而变化。它在无光照射时，呈高阻状态;当有光照射时，其电阻值迅速减小。广泛应用于各种控制电路(如自动照明灯控制电路、自动报警电路等)、家用电器(如电视机中的高度自动调节，照相机中的自动曝光控制 3 桂林电子科技大学实训说明书用纸 等)及各种测量仪器中。 光敏电阻又称光导管，它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。光敏电阻没有极性， 纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。无光照时，光敏电阻值(暗电阻)很大，电路中电流(暗电流)很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值(亮电阻)急剧减小，电路中电流迅速增大。 一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好， 此时光敏电阻的灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧量级， 亮电阻值在几千欧以下。 2.2光敏电阻测光系统的工作原理 该系统通过光敏传感器将光照强弱信号转化为电信号通过数码管显示从而成为光照强度自动显示检测系统。光照强度不同光敏传感器的组织不同，当光照强度很强时，光敏传感器的阻值很小;当光照强度弱时，光敏传感器的阻值很大;当光照强度适宜时光敏传感器的阻值介于强光和弱光的阻值之间。因此可以通过光敏传感器将光信号变为电信号，并可以利用光照传感器受光照不同阻值不同产生的电信号不同从而显示不同的信号。 原理框图如下: 数码管显示电路 信信 号号光光转处敏敏 电换理电阻 电电 其他辅助电路 阻 路路 图1 原理框图 2.3 光敏电阻测光系统的工作过程 (1)光照强度的信号采集部分 采用光敏电阻作为信号采集器件。光敏电阻是基于光电导效应的一种光电器件，无光照时, 光敏电阻值(暗电阻)很大, 电路中电流(暗电流)很小; 当受到光照时，半导体材料电导率增加，电阻减小。其阻值随光照增强而减小。光敏电阻作为光电式传感器的一种，它具有灵敏度高、光谱响应范围宽;体积小、重量轻、机械强度高、耐冲击、耐震动、抗过载能力强和寿命长等特点。所以选择光敏电阻采集光照信号，并把不同的光照强度转化为不同的电阻值。把光敏电阻串联在直流电路中即可把不同的电阻值转化为不同的电压值，电路如原理图所示。于是，就把对光照信号的处理转化为对电压 4 桂林电子科技大学实训说明书用纸 信号V的处理。 (2)信号处理部分: 采用集成电压比较器LM339N作为信号处理的核心元件，电路连接如原理图所示。光强、适宜、黑暗三种光照状态转换为三个电压值V1，V2，V3作为比较器的输入电压;两个比较器设置两个参考电压Vref1，Vref2。工作过程分析如下:光照较强时V1> Vref1>Vref2，两个比较器的输出电压分别为(5V，0V);光照适宜时Vref1>V2> Vref2， 两个比较器的输出电压分别为(-5V，0); 光照黑暗时V3< Vref2 < Vref1 两个比较器的输出电压分别为(-5V，5V)。这样就完成了从模拟信号到数字信号的转换,显示部分就变得容易了。 (3)光强显示部分 采用数码管显示不同的光强状态。由于比较器的驱动能力有限，所以在输出端加一个上拉电阻提高其驱动能力。电路连接如原理图所示，分析如下:不同的光照强度下，数码管会显示不同的数值，这就从另一个方面测出来光照强度的大小。 2.4 元器件的选择 本设计主要用到光敏电阻，排阻，LM358双运算放大器，双积分型A/D转换器ICL7107，一位共阴数码管，以及一些常用的电容和电阻。 2.5 光敏电阻功能及简介 光敏电阻是一种特殊的电阻，简称光电阻，又名光导管。它的电阻和光线的强弱有直接关系。光强度增加，则电阻减小;光强度减小，则电阻增大。在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。 光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻如图所示。为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。构成光敏电阻的材料有金属的硫化物、硒化物、碲化物等半导体。 半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。当光敏电阻受到光照时，价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带，成为自由电子，同时产生空穴，电子—空穴对的出现使电阻率变小。光照愈强，光生电子—空穴对就越多，阻值就愈低。当光敏电阻两端加上电压后，流过光敏电阻的电流随光照增大而增大。入射光消失，电子-空穴对逐渐复合，电阻也逐渐恢复原值，电流也逐渐减小。 光敏电阻实物图如下: 5 桂林电子科技大学实训说明书用纸 图2 实物图 三、 系统总体方案的设计 3.1 硬件电路的设计 该系统可通过光敏传感器将光照强弱信号转化为电信号通过数码管显示从而成为光照强度自动显示检测系统。光照强度不同光明传感器的组织不同，当光照强度很强时，光敏传感器的阻值很小;当光照强度弱时，光敏传感器的组织很大;当光照强度适宜时光敏传感器的阻值介于强光和弱光的阻值之间。因此可以通过光敏传感器将光信号变为电信号，并可以利用光照传感器受光照不同阻值不同产生的电信号不同从而显示不同的信号。该系统用到的基础知识有，电路理论中电阻电路的分析、模拟电子线路中运算放大器、比较器、功率放大器等知识，数字电子线路中开关特性及数字信号等知识，传感器技术中的光电传感器原理及应用、测量电路等部分知识。下图3中上部分是数码管显示部分，下面部分光照强度检测控制部分。从图中可以看出系统大概可以分为三个模块。数据采集模块，可用光敏电阻将光照强度信号转换为电阻信号从而进行测量计算。测量电路模块，设置分压电路和比较电路，将电阻信号转换为电压信号分档输出，用于显示。显示模块，用数码管进行显示。 系统原理图如下: 6 桂林电子科技大学实训说明书用纸 图3 系统原理图 3.2 光照强度自动检测电路的设计 光照强度自动检测电路，我们采用调节光照强度的大小来使得光敏电阻的阻值的变化，再导致系统电压的变化，来反映光强的变化。再通过LM358双运算放大器，把电压信号放大，然后通过ICL7107A/D转换器模数转换，最后再由数码管显示出来。光照强度自动检测系统主要用到光敏电阻和LM358双运算放大器。LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。 下图是LM358的原理图: 7 桂林电子科技大学实训说明书用纸 图4 LM358的原理图 3.3 A/D转换器电路的设计 A/D转换器采用的是双积分型A/D转换器ICL7107。ICL7107是一块应用非常广泛的集成电路。它包含3 1/2位数字A/D转换器，可直接驱动LED数码管，内部设有参考电压、独立模拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零功能等。它包括积分器、比较器、计数器，控制逻辑和时钟信号源。积分器是A/D转换器的心脏，在一个测量周期内，积分器先后对输入信号电压和基准电压进行两次积分。比较器将积分器的输出信号与零电平进行比较，比较的结果作为数字电路的控制信一号。时钟信号源的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 周期Tc 作为测量时间间隔的标准时间。它是由内部的两个反向器以及外部的RC组成的。其振荡周期Tc=2RCIn1.5=2.2RC 。 下图是ICL7107的原理图: 图5 ICL7106A/D转换器原理图 3.4显示电路的设计 显示电路采用的是四个一位共阴数码管显示。由ICL7107双积分型A/D转换器实现A/D转换后输出数字信号，再由数码管数值，即就是光照强度的另一种反映。为了保护数码管，我们加上了限流电阻。 8 桂林电子科技大学实训说明书用纸 数码管接线电路图下: 图6 数码管接线电路图 四、 软件设计 4.1 设计思想 1)单元电路设计 设计时对系统进行全面综合考虑。以完成课题功能要求为前提，尽量使电路简单清晰。按照前面分析，首先应将系统分为三个模块，其中测量显示电路重点设计分析如下: a、电源部分:为了驱动比较器，电源电压设置为5V b、分压电路:为了便于分压比较，另一分压电阻均设为相同值 c、比较电路:为了符合正常逻辑思维，应该设定光照越强，数码管显示的数值越高，反之越小。 d、为了实现光敏电阻精确连续分压，仿真时用滑动变阻器代替，一个粗调，一个细调。 e、显示电路:为了驱动数码管。应设置上拉电阻，为了保护数码管，应设置限流电阻。 2)参数计算 a、最核心要的功能是判断光照是否适宜，而当光照适宜时光敏电阻的组值R的范围为1.4--3.6k欧，黑暗时光敏电阻阻值大于15.6 k欧，为了计算方便，R1选择20 k 9 桂林电子科技大学实训说明书用纸 欧。 b、Vref2的计算 光照很强时，R<=320欧 R201取R=320欧，V1= ，VCC,，5,4.92VR，R20，0.321光照适宜时1.4k=15.6k R201V3,，VCC,，5,2.8V取R=15.6k时， R，R20，15.61由系统功能及比较器工作原理得: Vref1 ,V2Vref2< Vref2=5mA。于是可得: VCC,1.66I= >=5mA R2所以:R2<=668;取R2=402即可满足条件。 4.2 方案实现 为了分析各部分单元电路之间的关系，我以信号流程做主轴，分析如下: 1)信号采集，光敏电阻处于被测环境感光，会有一感光阻值，计为RX(原理图中用两个滑动变阻器代替)。这样就把被测光信号转化为电信号。 2)信号测量，为了知道光敏电阻的阻值在所分的哪档之间，需要进行测量比较。分压电路和比较电路就是完成此功能。光敏电阻和基准电阻分别分压接入比较器两端 10 桂林电子科技大学实训说明书用纸 (实际上是被测信号与基准信号比较)。由于另一分压电阻相同，电阻大的分压就多。比较结果反映在比较器的输出端。采用了三个比较电路比较，就可以确定光敏电阻在四档的哪一档。 3)信号表达，通过比较器出来的是电压信号，为了使人能直接感知，接上数码管，从而可以直接读出数值，便于比较。 五、 实训心得体会 本次传感器综合设计实训的抢答器采用了通用的电子元器件，利用ICL7107实现强大系统，利用LM358双运算放大器的放大原理，将软硬件有机的结合起来。我认为设计此装置可以让我们得到适宜的光照，便于调节。可以用于大棚蔬菜的培养，路灯的控制，汽车的在夜间行驶时突遇强光照射司机的眼睛等问题。当汽车行驶时，光照很强照在司机的眼睛上时，光敏电阻可在到达司机眼睛之前感受到光照增强时可控制装置自动放下虑光板，可以保护眼睛同时可以避免交通事故的发生。此装置用于路灯的控制，因为冬夏的日照不同，此装置可根据亮度的不同控制路灯，这样一来可以节省资源同时可以在最需要的时候开启路灯。通过查资料和收集有关的文献，培养了我的自学能力和动手能力。在这次实训中我学会了如何将学到的知识化为自己的东西，学到用到活学活用。我对传感器、电路系统设计有了更深的的理解也加强了我的实际动手能力。也第一次这么近距离的了解自动化的含义，了解传感器。接触到我们以后需要使用和进一步了解的程序。不管是电路理论，还是实际应用，经过此次设计后我的能力都有了不少提升。在设计过程中由于时间仓促有很多地方难免存在不足之处，硬件设计已经完成，在软件设计中有些功能还尚未能开发出来。但在以后的学习工作中，我会更加严格的要求自己，努力做到完美。 但是，通过这次实训我也发现自己的很多不足之处。在设计过程中我发现自己考虑问题很不全面，自己的专业知识掌握的很不牢靠，所掌握的计算机软件还不够，我希望自己的这些不足之处能在今后的工作和学习中得到改善。而且，通过这次实训，我懂得了学习的重要性，学会了坚持和努力，这将为以后的学习做出了最好的榜样～还有光有知识是不行的，还得有能力、有技术，单干也是不行的，要适当寻求合作，那样才能更好实现我们的价值。在实训中及社会上，我们都要懂得虚心地向别人学习，即使你觉得自己很厉害，但总有一些东西你是不懂的，所以不懂要多向别人请教，这样才能更好地提高自己的水平和能力，全面发展自己。 11 桂林电子科技大学实训说明书用纸 谢 辞 在这短短的两周传感器综合设计实训中，我受匪颇多，但这多是得益于老师无微不至的关心和细心的教导。 感谢各位指导老师，他们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样;他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪深深感谢老师们～是你们，与我们一同走过实训的日子;是你们，在实训过程中给予了我悉心的指导;是你们，以严谨的工作作风、渊博的知识和务实的工作态度，让我受益匪浅并深深的感动。孜孜不倦就是这样的吧，教人不悔就是这样的吧，桃李满天下就应该这样的吧～在此，谨向老师们的辛勤培养和教育，致以最真诚的感谢～在实训中，让我学到了不少知识，给了我一次复习学过的知识的机会，巩固了基础知识。也多亏同学们的无私的帮助和支持，在我无助的时候还是他们伸出他们的友爱之手，帮我渡过难关，在此我也真心的多谢他们默默的帮助。最后再次对老师们说声:谢谢～～ 12 桂林电子科技大学实训说明书用纸 参考文献 [1]赵负图.国内外传感器手册[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,1998. [2]杨崇志.特殊新型电子元器件手册[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,2003. [3]丁镇生.传感器及传感技术应用[M].北京:电子工业出版社,2000. [4]康华光，陈大钦.电子技术基础模拟部分[M].北京:高等教育出版社,1999. [5]李科杰.新编传感器技术手册[M].北京:国防工业出版社,2002. [6]谢自美.电子线路设计、实验、测试[M].武汉:华中科大出版社,2001. 13 桂林电子科技大学实训说明书用纸 附录 电路设计图 14 桂林电子科技大学实训说明书用纸 电子元器件清单表 类型名称 数值大小 数量 电阻 1K 1 15K 1 20K 1 50K 1 100K 1 130K 1 100 4 47K 1 9.1K 1 10K 1 200 1 可调电阻 5K 2 LM358 1 ICL7107 1 电容 10u 1 100n 2 100p 1 1800p 1 220n 1 470n 1 发光二极管 1 共阴数码管 4 插针 1 NPN三极管 1 拨动开关 1 15