光敏电阻传感器实训论文.doc

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编号：

传感器综合设计

实训（论文）说明书

题目：

光敏电阻测量光照强度

院（系）：

信息与通信学院

专业：

电子信息工程

学生姓名：

罗振雄

学号：

0901130441

指导教师：

王守华、胡机秀、童有为、李秀东

2012年6月22日

桂林电子科技大学实训（论文）报告用纸第1页共2页

摘要

随着时代的进步和发展，传感器技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术。

传感器是将感受的物理量、化学量等信息，按一定规律转换成便于测量和传输的信号的装置。

本设计题目是光敏电阻测量光照强度，用光照的强弱来改变光敏电阻的阻值大小，从而使输出电压值改变，通过测量输出电压值的大小就可以间接的测量光照的强度了。

本设计有光照强度报警控制系统和光照强度等级显示电路以及光照亮度的显示。

本设计采用了STC单片机为主控制电路，用数码管显示光照强度值，用绿、黄、红LED来显示光照亮度等级，用蜂鸣器来做报警电路。

本设计电路各个部分电路的设计原理及功能都能实现，要求对各种基本的电子元器件，电阻、电容、二极管、三极管等熟悉，掌握Proteus仿真软件的运用、Protel99SE工具软件等绘图软件，并加以运用。

用单片机内部的AD转换实现模拟转化为数字量，通过编程控制各个外围电路并实现其功能。

本设计具有有线路简单、结构紧凑、价格低廉、性能优越等特点。

关键词：

光照强度；光敏电阻；单片机

Abstract

Withtheprogressanddevelopmentofsensortechnologyhasspreadtothewaywelive,work,researchinvariousfields,hasbecomearelativelymaturetechnology.Thesensorsarethefeelingsofphysical,chemicalandotherinformation,accordingtocertainrulestoconverttofacilitatethemeasurementandtransmissionofthesignaldevice.

Thisdesignisentitledtothephotoresistortomeasurelightintensity,thestrengthofthelighttochangethephotosensitiveresistorsize,sothattheoutputvoltagechanges,bymeasuringthesizeoftheoutputvoltagevaluecanbeindirectlymeasuringthelightintensity.Thedesignofthelightintensityalarmcontrolsystemandthelightintensityleveldisplaycircuitandilluminationbrightnessofthedisplay.ThisdesignusestheSTCmicrocontroller-basedcontrolcircuit,digitaldisplaylightintensity,lightgreen,yellow,redLEDdisplaybrightnesslevels,todowithbuzzeralarmcircuit.Thedesignofthecircuitdesignprinciplesandfunctionsofvariouspartsofthecircuitcanachieve,requiringavarietyofbasicelectroniccomponents,resistors,capacitors,diodes,transistorsandotherfamiliarandmastertheuseofProteussimulationsoftwareProtel99SEsoftwaretoolssuchasmappingsoftwareanduseofthem.ADoftheinternalmicrocontrollertoconvertanalogintodigital,programmedtocontrolthevariousperipheralcircuitsandtoachieveitsfunction.Thedesignofthecircuitissimple,compact,lowcost,superiorperformancecharacteristics.

Keywords：

Lightintensity;photosensitiveresistance;MCU

桂林电子科技大学实训（论文）报告用纸第0页共1页

目录

引言 1

1电路系统概述 1

1.1设计要求 1

1.2方案设计 1

1.3方案论证 2

2硬件设计与分析 3

2.1单片机最小系统 3

2.2光敏电阻的特性及参数 5

2.3光采样电路 5

2.4光强度显示电路 6

2.5光强度等级报警电路 6

3软件程序设计 7

3.1程序流程图 7

3.2安装调试及测量数据分析 8

3.3调试问题与解决方法 9

4总结 9

谢辞 11

参考文献 12

附录 13

桂林电子科技大学实训（论文）报告用纸第12页共13页

引言

光照强度自动检测显示电路，该电路可以自动检测光照强度的强弱并显示给人们知道此时光照强度的强弱。

该电路还可以设定光照强度的范围，一旦超出此范围该电路系统可以发出警报通知或直接采取措施使光照强度限定在此范围内。

人们可以通过看此电路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：

即光照采集检测部分、光照强度信号处理部分、光照强度显示部分。

还可加上报警部分和光照强度等级显示部分。

对于光照检测部分可利用光敏电阻传感器作为检测元件，它可以完成从光的强弱到电阻值变化的信号转换，再把电阻值转换为电信号就可以作为系统的输入信号，对输入信号进行AD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数码管显示值，就能简单的显示出不同的光强了。

用绿、黄、红LED来显示光照强度的等级。

1电路系统概述

1.1设计要求

设计一个光照强度自动检测、显示、（报警）系统，实现对外界三种不同条件下光强的分档指示和报警（弱、适宜、强）。

通过采样到的光照射强度选择，在数码管上显示电压的大小。

（1）自己设计至少三种以上不同光照条件，测定不同光照条件下光电传感器的输出；

（2）传感器测量电路采用集成运算放大器构成的比较器完成，完成至少三种以上不同光照条件下显示报警系统方案的论证和设计；

（3）完成自然光光照强度自动检测显示报警系统电路方框图、电路原理图的设计；

（4）完成自然光光照强度自动检测显示报警系统中核心芯片的选型、系统中各个参数的计算（备注：

1.含各种元件参数的计算过程或依据2.选定最接近计算结果的元件规格）；

（5）设计结束后，进行仿真调试；

（6）不断检测设计和实践的相差情况；

（7）仿真调试方案；

（8）给出系统整机电路图；

（9）完成课程设计报告。

1.2方案设计

传感器选择：

选用光敏电阻作为采集光照信号的传感器。

电阻测试：

在室外太阳光强照射下、室内适宜光照下、室内昏暗条件下三种光照条件下分别测的光敏电阻的阻值为<=320欧、1.4--3.6k欧、>=15.6k欧。

方案原理图：

系统功能描述：

考虑到系统的实用价值,确定了光照适宜时的光敏电阻值的范围为1.4--3.6k欧，当光照过强时，LED1点亮，蜂鸣器报警；光照适宜时，LED2点亮；黑暗时，LED3点亮，蜂鸣器也报警。

即光照不适宜时就会报警，所以该系统不但可以完成光强的显示、报警，而且可以判断光照是否适宜。

原理框图如下：

数码管显示电路

报警电路

光敏电阻

光敏电阻

信号转换电路

信号处理电路

图1电路原理框图

1.3方案论证

（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信号V的处理。

（2）信号处理部分

采用集成电压比较器LM358N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

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：

当光照较强时，两个比较器的输出电压分别为（5V，0V），LED1点亮；光照适宜时，两个比较器的输出电压分别为（-5V，0），LED2被点亮；光照黑暗时，两个比较器的输出电压分别为（-5V，5V），LED3被点亮。

这样三种状态就显示出来了。

（4）光报警部分

采用有源蜂鸣器作为报警器件。

电路连接如原理图所示，用两个NPN型BJT三极管的导通来控制报警电路的导通，三极管的导通又受发光二极管导通与否的控制，发光二极管的导通受光照的控制。

所以光强就可以控制报警器了，设计方案采用了当光照较强或较暗时报警。

工作过程分析如下：

当光照较强时，两个比较器的输出电压分别为（5V，0V），LED1点亮，三极管BJT1被导通，报警电路被导通，蜂鸣器报警；光照适宜时，两个比较器的输出电压分别为（-5V，0），LED2被点亮，三极管BJT1截止，报警电路也截止；光照黑暗时，两个比较器的输出电压分别为（-5V，5V），LED2、L