傳感器課程設(shè)計--光照強度自動檢測顯示系統(tǒng)設(shè)計

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1、附錄一：天津商業(yè)大學(xué)自動化專業(yè)2009級傳感器原理及應(yīng)用課程設(shè)計說明書設(shè)計題目：光照強度自動檢測顯示報警控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)號：20093494姓名：王軍完成時間：2011年12月5日至2011年12月11日總評成績：指導(dǎo)教師簽章：設(shè)計題目：光照強度自動檢測顯示系統(tǒng)設(shè)計一、題目的認識理解光照強度自動檢測顯示報警系統(tǒng)的設(shè)計，也就是設(shè)計電路實現(xiàn)對于光照強度的檢測、顯示、報警、控制這四個功能。其中當然也涉及到對光敏電阻的光照特性的了解和分析。電路主要通過點亮發(fā)光二級管的個數(shù)來判斷光照強度，當光照過強是報警，當光照太暗時使燈泡點亮。二、設(shè)計任務(wù)要求：設(shè)計一個光照強度自動檢

2、測、顯示、報警、控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對外界三種不同條件下（弱、適宜、強）光強的分檔指示、報警，并實現(xiàn)對光照強度的自動控制。1、方案的設(shè)計1）根據(jù)題目自行選定光照強度自動檢測所用的光電傳感器類型；2）根據(jù)人眼對光強的感應(yīng)程度劃分弱光、強光、適中三種情況下的光強范圍，確定不同光照條件下光電傳感器的輸出范圍；3）傳感器測量電路采用集成運算放大器構(gòu)成的比較器完成，完成至少三種不同光照條件下的檢測、顯示、報警、控制系統(tǒng)方案的論證和設(shè)計（方案不唯一）；4）完成光照強度自動檢測、顯示、報警、控制系統(tǒng)電路方框圖、電路原理圖的設(shè)計；5）完成光照強度自動檢測、顯示、報警、控制系統(tǒng)中核

3、心芯片的選型、系統(tǒng)中元件參數(shù)的計算（備注：1.含各種元件參數(shù)的計算過程或依據(jù)；2.選定最接近計算結(jié)果的元件規(guī)格）；6）設(shè)計結(jié)束后，進行仿真調(diào)試。2、仿真調(diào)試方案1)利用Workbench或Pspice等軟件仿真，得出主要信號輸入輸出點的波形，根據(jù)仿真結(jié)果驗證設(shè)計功能的可行性、參數(shù)設(shè)計的合理性；2)給出系統(tǒng)整機電路圖。一、設(shè)計所需基礎(chǔ)知識及工具1、基礎(chǔ)知識電路理論中電阻電路的分析、模擬電子線路中二極管、三極管特性，運算放大器、比較器、功率放大器等知識；數(shù)字電子線路中數(shù)字信號、門電路特性，模擬開關(guān)、計數(shù)器等知識；傳感器技術(shù)中的光電、氣敏、濕敏、熱敏等傳感器原理及

4、應(yīng)用；測控電路，單片機原理及應(yīng)用；電機拖動等知識。2、設(shè)計工具電子電路EDA仿真軟件：Workbench（Multisim2001）或Pspice電子線路設(shè)計軟件：Protel99SE。二、方案設(shè)計及其論證（包含課題的功能與指標分析、電路的結(jié)構(gòu)組成方框圖、各部分單元電路間關(guān)系、單元電路方案設(shè)計考慮）課題的功能及指標分析課題需要我們設(shè)計的光照強度自動檢測顯示報警控制系統(tǒng)，能夠?qū)ν饨缛N不同條件下光照強度做出感應(yīng)，并且通過發(fā)光二極管亮的個數(shù)顯示出來。我們選用光敏電阻作為檢測光照強度的傳感器，在光強的時候，光敏電阻阻值減小，光弱的時候，光敏電阻阻值增大。在實驗前我

5、們測的光敏電阻在強光條件下，電阻值為5.1KΩ,在自然光下，電阻值為16.9KΩ，在弱光條件下，電阻值為68.6KΩ.根據(jù)要求，我們運用電壓比較器比較電阻分壓的變化，通過觀察發(fā)光二極管亮的個數(shù)來得出光照是強還是弱以達到自動監(jiān)測顯示的目的。當處于弱光狀態(tài)時點亮燈泡，強光狀態(tài)報警啟動。電路的結(jié)構(gòu)組成方框圖光電式傳感器測量電路顯示電路燈泡控制電路報警控制電路各部分單元電路間關(guān)系光敏電阻所代替的光電式傳感器在總電路中起到光照信息的接收和電信號的輸出功能，為測量電路提供電信號，電信號通過測量電路由LED顯示電路模塊顯示出來，電信號越大所代表的光照強度越小，顯示電路點亮

6、的發(fā)光二級管數(shù)越少。同時測量電路輸出的電信號也控制著報警電路和燈泡電路。當光照強度大電信號小時，啟動報警電路，當光照強度小電信號大時，點亮燈泡。單元電路方案設(shè)計考慮：選用運算放大器作為比較器，因為要設(shè)置強中弱三檔所以用到三個比較器，比較器的一端接入一個參考電阻，另一個端口接入光敏電阻。用一個滑動變阻器來代替實際的光敏電阻，用以模擬實際關(guān)照強度光敏電阻阻值變化。當“+”端電壓高于“-”端電壓時，輸出為高電平，輸出端連接的發(fā)光二極管就會發(fā)光。反之，輸出為低電平，發(fā)光二極管不導(dǎo)通，不發(fā)光。由于發(fā)光二極管只有在正向偏置下，半導(dǎo)體PN結(jié)或與其類似的結(jié)構(gòu)才能夠發(fā)出可見光

7、或近紅外光，在低壓、小電流下工作,功耗小、體積小、可直接與固體電路連接使用；穩(wěn)定、可靠、壽命長(105～106小時)；調(diào)制方便、光輸出響應(yīng)速度比較（1～100兆赫）；價格便宜。所以在實驗中選用發(fā)光二極管來作信號顯示器，來顯示光照強度的強弱。接入正負12伏直流電源給比較器，總電路由5伏直流電源供電。三個比較器輸出端通過三輸入與門接入蜂鳴器，當光照增強時，光敏電阻阻值減小，分壓小，三個比較器正極電壓都大于負極電壓時都輸出高電平三個發(fā)光二極管導(dǎo)通，發(fā)光，驅(qū)動與門使蜂鳴器報警。當為自然光時，兩個發(fā)光二極管亮。當光照減弱，光敏電阻增大，一個二極管發(fā)光（當黑暗時三個都不

8、發(fā)光），此時用一個燈泡發(fā)光來補償弱光。五、電路中各元