光照强度自动检测显示系统设计.docx

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光照强度自动检测显示系统设计

设计题目：

光照强度自动检测显示系统设

计

一、题目的认识理解

本次设计题目是光照强度自动检测显示系统设计，既然是系统设计，我们可以将其分解为模块，把复杂问题简单化。

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，用于显示和报警。

显示报警模块，用发光二极管进行显示，同时设置光照过强时蜂鸣器报警。

二、设计任务要求：

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）

1、方案的设计根据题目选定光照强度自动检测所用的光电传感器类型；

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。

2、仿真调试方案

利用：

Multisim等软件仿真，得出主要信号输入输出点的波

形，根据仿真结果验证设计功能的可行性、参数设计的合理性；给出系统整机电路图＜利用PROTEL软件做出原理图SCH文件和PCB文件）。

3、完成课程设计报告。

三、设计所需基础知识及工具

1、基础知识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。

2、设计工具

电子电路EDA仿真软件：

Multisim

电子线路设计软件：

Protel99SE。

四、方案设计及其论证<包含课题的功能与指标分析、电路的结构组成方框图、各部分单元电路间关系、单元电路方案设计考虑）

1、课题功能与指标分析:

本次课题设计主要是为了实现光照强度的自动检测与分档显示

和报警。

首先，必须设定分档环境，可用三种环境状态分四档

环境状态

光敏电阻电阻值

太阳光直射

R1=240Q

室内日光灯

R2=1.5kQ

黑衣物包裹

R3=150kQ

其次，将光敏电阻电阻值与上述三种状态下阻值进行比较，实现分档显示和报警。

档次

光敏电阻电阻值

显示状态

黑暗

RX>R3

三管都不亮

弱光

R2

一管亮

适宜

R1

两管亮

强光

RX

三管都亮，蜂鸣器响

设计电路，应完成以上功能

2、电路的结构、组成方块图:

从电路原理图看其实很简单，右边三个比较器部分电路完全相同。

结构分析如下：

1）供电电源VCC=12V，给分压电路、比较器、发光管、蜂鸣器供电。

2）分压电路。

包括光敏电阻分压和基准电阻分压。

3）比较电路。

比较器的两个比较端一个从光敏电阻一端引出，接入比较器负比较端，另一个从三个基准电阻分压端引出，接入比较器正比较端。

若光敏电阻比较端阻值大于基准电阻，则分压也大于基准电阻，比较器输出为负，反之亦然。

4）显示报警电路。

比较器输出端通过限流电阻Rc接发光二极管，

同时为防止比较器无法驱动发光管，输出端通过上拉电阻Rb接电

源，以提供足够功率。

最小基准电阻发光管并联蜂鸣器。

3、各部分单元电路间关系:

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<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，接上发光二级管。

高电压即点亮发光二级管。

4、单元电路方案设计考虑：

设计时须对整个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：

1）电源部分：

为了驱动比较器，电源电压设置为12V

2）分压电路：

为了便于分压比较，另一分压电阻Ra均设为相同

值

3）比较电路：

为了符合正常逻辑思维，应该设定光照越强，亮的发光管越多。

所以才将光敏电阻分压端接入比较器负比较端。

光最强时，电阻最小，分压最少，比较器负输入端都小于正输入端，比较器输出都为正，三个发光管都亮。

4）为了实现光敏电阻精确连续分压，仿真时用两个滑动变阻器代替，一个粗调，一个细调。

5）显示电路：

为了驱动发光管，应设置上拉电阻Rb,为了保护

发光管，应设置限流电阻Rc。

个阻值计算见参数计算。

6）报警电路：

应设置当光照过强时，使蜂鸣器响。

将蜂鸣器并联到Rc3和LED3两端。

仅当光照很强时，光敏电阻阻值才小于R3，蜂鸣器才响。

其他状态，蜂鸣器都不响。

具体状态分析见仿真结果

五、电路中各元器件选型和参数计算

元器件选型：

元器件

类别型号

直流电源

稳压直流电源12V/1000MA

光敏电阻

5537

电阻

金属膜电阻

比较器

HA17339

P发光二极管

SM210363,

蜂鸣器

无源1206分体5.5欧蜂鸣器

参数计算：

＜根据电路原理及实际市场计算选择）电源：

VCC=12V基准电阻：

用来分档，故应等于光敏电阻二种状态下阻值。

R1=240QR2=1.5kQR3=150kQ

分压电阻Ra：

为了使分压不至过大或过小影响精度，取R1和R3中

间大小，Ra=5kQ

上拉电阻Rb：

Rb提供驱动电流，不宜过大，取Rb=100Q限流电阻Rc：

Rc=＜比较器输出电压-发光管压降）/发光管额定电流经计算Rc=＜12-2）/5=2kQ,实际取Rc=1kQ，留有一定余地,

另外Rc3与LED3并联蜂鸣器，测得两端电压约为7V，故取Rc3=600Q。

六、设计总结＜包括对设计的目的和意义的认识、本

人完成情况、设计中的主要收获和不足、对设计

类课程的建议）

通过本次课程设计，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。

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。

冋时在本次课程设计时，也暴

露了自己的不少毛病，如设计过程中缺之规范化，标准化，仿真软件

不熟悉等。

刚开始的的时候，Protel和Multisim完全不会，但经过

两天的摸索，也逐步上手了。

通过这几天的努力奋斗，最终做出电路原理图，仿真结果也基本满足

课题功能要求，心里有一种莫名的成就感。

平常我们上课学习理论知识有时觉得挺容易的，但一旦自己真正动手

设计，才发现自己有很多不足。

只有实践才能提高自己的能力，因此

我希望有更多类似课程设计。

七、主要参考资料

[1]王化祥•张淑英；传感器原理及应用.天津：

天津大学出版社，

20072

[2]康华光；电子技术基础模拟部分•北京:

高等教育出版社，2006.1.

八、附件1:

Protel原理图

九、附件2:

仿真结果＜如：

测试数据、波形等）＜附页2）

VEC

12V

kRaO

揺牆100%

-■[>

（a）黑暗状态

＜b）弱光状态

vd）强光状态<蜂鸣器响）

十、附件3:

元器件清单及成本估算＜附页3）

元器件

数量

价格

直流电源

1

19

光敏电阻

1

0.5

电阻

13

1.3

比较器

3

1.4<5个）

发光二极管

3

1.08

蜂鸣器

1

0.15

总计

23.43