設計報告書--亮度測量系統(tǒng)的設計

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1、說明：本資料為測量亮度系統(tǒng)的設計報告書，其中對設計方案、電路設計、元件選取、電路組建、調(diào)試與結(jié)果，進行了詳細的論述，同學門可以借鑒學習，對感測技術(shù)課程實踐的后三個設計實驗內(nèi)容，只要將傳感探頭換成溫度/超聲波等就可以了，所以都具有一定的指導意義，望仔細閱讀。題目：亮度測量系統(tǒng)的設計目錄1引言11.1課題的背景與意義11.2課題所要解決的主要難題12系統(tǒng)總體設計32.1設計任務與技術(shù)指標要求32.2系統(tǒng)總體方案的確立33系統(tǒng)硬件電路設計與調(diào)試53.1系統(tǒng)硬件總體框圖53.2系統(tǒng)模塊電路設計及原理53.2

2、.1光電轉(zhuǎn)換與放大電路設計53.2.2單片機系統(tǒng)硬件設計93.2.3A/D轉(zhuǎn)換電路設計123.2.4靜態(tài)顯示電路設計144系統(tǒng)軟件設計與調(diào)試174.1系統(tǒng)軟件程序設計174.2ADC0809程序設計174.3靜態(tài)顯示程序設計184.4系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果與分析195總結(jié)20致謝21參考文獻22附錄一：AT89S52芯片常見的兩種封裝和引腳功能介紹23附錄二：ADC0809芯片介紹25附錄三：系統(tǒng)所有程序27291引言1.1課題的背景與意義在自然現(xiàn)象和規(guī)律的科學研究以及工程實踐中，我們經(jīng)常會遇到需要檢測毫微安

3、量級信號的問題，比如測量在核物理和其他一些非電量檢測中μA、nA數(shù)量級的微弱電流，測量地震的波形與波速、材料分析時測量熒光的光強、衛(wèi)星信號的接收、紅外探測以及生物電信號的測量等等，這些問題都可以歸結(jié)為噪聲中微弱信號的檢測。它在物理、化學、生物醫(yī)學、遙感和材料學等領(lǐng)域有著非常廣泛的應用。微弱信號檢測技術(shù)[1]用電子學、信息論、計算機和物理學的方法，分析噪聲產(chǎn)生的原因和規(guī)律，研究被測信號的特點以及相關(guān)性，檢測被噪聲淹沒的微弱有用信號[2]。微弱信號檢測的宗旨是研究如何從強噪聲中提取有用的信號，任務是研究

4、微弱信號檢測的理論、探索新方法和新技術(shù)，從而將其應用于各個學科領(lǐng)域中。常見的微弱信號檢測方法[3]根據(jù)信號本身的特點不同，一般有三條途徑：一是降低傳感器與放大器的固有噪聲，盡量提高其信噪比；二是研制適合微弱檢測原理并能滿足特殊需要的器件（如鎖相放大器等）；三是利用微弱信號檢測技術(shù)，通過各種手段提取弱信號，鎖相放大器[4]由于具有中心頻率穩(wěn)定，通頻帶窄，品質(zhì)因數(shù)高等優(yōu)點得到了廣泛的應用。利用鎖相放大技術(shù)[5]可以對視頻微弱信號進行提取，即將窄帶低頻信號或者通過激勵方式轉(zhuǎn)化成在低頻基帶上調(diào)幅信號的直流、

5、緩變微弱信號進行前置放大后，經(jīng)過頻譜搬移和低通濾波獲取信號的真實值。該方法能克服工頻干擾的影響；避開1/f低頻噪聲；同時避免直流放大器的溫度、零點漂移；抑制噪聲，極大地提高信噪比[6]。微弱信號檢測的任務是研究從強噪聲中提取有用的信號。入射到探測器的光信號強度可能會變得很小，光強起伏變化也會很慢，這使得探測器的輸出信號十分微弱，變化速度慢，很難實現(xiàn)對微變信號的提取和放大。本課題設計一個檢測、放大電路[7]能很好解決探測器的微變信號處理問題，并通過A/D轉(zhuǎn)換以及顯示電路將弱電流的測量值顯示出來。1.2

6、課題所要解決的主要難題本課題所要解決的主要問題是在硬件設計過程中對各元器件的合理選擇，使得測得的結(jié)果在所要求的指標之內(nèi)；電路板的設計合理布局，減少一些不必要的干擾，減小干擾對微弱電流的放大是很有必要的，其干擾源來自多方面，有的來自器件本身，有的來自外部。除了選擇穩(wěn)定性好、噪聲小的器件外，在電路上和工藝上采取了相應的措施。有效地提高檢測靈敏度是弱信號檢測的關(guān)鍵，采取的措施包括電路板繪制、硬件電路和軟件設計等方面。經(jīng)過計算選擇特定的電路參數(shù)，使得電路輸出信號和探測器微變內(nèi)阻成正比關(guān)系，從而實現(xiàn)了微變信號

7、的放大。用斬波方法進行了電路輸出性能的研究，對電路參數(shù)的選擇進行了詳細分析。29對于硬件電路，在發(fā)射部分，鐳射管所發(fā)射的光信號應穩(wěn)定、可調(diào)，以適應不同的線型，采取的措施是恒流供電方式。提高接收部分抗干擾性能的有效措施是采用電流環(huán)傳輸信號。接收部分主要包括光電轉(zhuǎn)換、放大和電壓-電流轉(zhuǎn)換兩部分。光電轉(zhuǎn)換由運放構(gòu)成，為提高系統(tǒng)的抗干擾性能，采用了交流檢測的方法，所以在檢測和信號處理通道中，都需要加隔直流電容。和光敏接收管并聯(lián)的電容是為了濾除電磁波干擾和雜光干擾。為降低運放的漂移所引起的噪聲干擾，采用了同一

8、芯片內(nèi)的組合運放補償其失調(diào)和漂移的措施，實踐證明，對降低輸出噪聲十分有效。292系統(tǒng)總體設計2.1設計任務與技術(shù)指標要求有效地提高檢測靈敏度是弱信號檢測的關(guān)鍵。經(jīng)過計算選擇特定的電路參數(shù)，使得電路輸出信號和探測器微變內(nèi)阻成正比關(guān)系，從而實現(xiàn)了微變信號的放大。用斬波方法進行了電路輸出性能的研究，對電路參數(shù)的選擇進行了詳細分析。光電檢測。采用電流環(huán)傳輸信號提高接收部分抗干擾性能，接收部分的主要包括光電轉(zhuǎn)換、放大和電壓-電流轉(zhuǎn)換部分；光電轉(zhuǎn)換由運放構(gòu)成，為提高系統(tǒng)的抗干擾性