光敏电阻传感器论文

1、传感器综合设计实训1（论文）说明书题 目：光敏电阻检测光照亮度院（系）：力学与光电物理学院专 业：应用物理学姓 名：江运学 号：指导教师：李洋2012年6月20号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STM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

2、、三极管等熟悉，掌握Proteus仿真软件的运用、Protel 99 SE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AbstractsThis design is entitled to the photoresistor to measure light intensity, the strength of the light to change the photosensitive resistor size, so that

3、 the output voltage changes, by measuring the size of the output voltage value can be indirectly measuring the light intensity. The design of the light intensity alarm control system and the light intensity level display circuit and 川umination brightness of the display. This design uses the STC micr

4、ocontroller-based control circuit, digital display light intensity, light green, yellow, red LED display brightness levels, to do with buzzer alarm circuit. The design of the circuit design principles and functions of various parts of the circuit can achieve, requiring a variety of basic electronic

5、components, resistors, capacitors, diodes, transistors and other familiar and master the use of Proteus simulation software Protel 99 SE software tools such as mapping software and use of them. AD of the internal microcontroller to convert analog into digital, programmed to control the various perip

6、heral circuits and to achieve its function. The design of the circuit is simple, compact, low cost, superior performance characteristics.Key words： Light intensity; photosensitive resistance; MCU目 录引言1 .系统概述1.1 设计要求1.2 方案设计1.2.1 方案说明1.2.2 方案论证2 .硬件电路设计与分析2.1 单片机最小系统2.2 光敏电阻的主要特性及参数 2.3 光敏电阻接入电路图2.4

7、数码管显示电路2.5 报警电路3 .软件设计3.1 主程序3.2 安装调试及测量数据分析3.3 出现的问题与解决的方法 4 .实训的心得体会致谢参考文献附录引言光照强度自动检测显示系统，该系统可以自动检测光照强度的强弱并显示让 人们知道此时光照强度的强弱。人们可以设定光照强度的范围，一旦超出此范围 该系统可以发出警报通知或直接采取措施使光照强度在此范围内。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

8、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 不同数码管显示值，就能简单的显示出不同的光强了。1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

9、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(6)仿真调试方案(7)给出系统整机电路图。(8)完成课程设计报告1.2方案设计1.2.1 方案说明(1)传感器选择：选用光敏电阻作为采集光照信号的传感器。(2)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 <二320欧、1.4-3.6k 欧、>=15.

10、6k 欧。(3)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：信号处理电路信号转换电路光敏电阻图1原理框图(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。具阻值随光

11、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乍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Vrefl , Vref2。

12、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 < Vrefl 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）

13、 , 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 L LED2 LED诚点亮。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NP邮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

14、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 LED3被点亮，BJT2被导通，报警电路也 被导通，蜂鸣器报警。2硬件电路设计与分析2.1 单片机最小系统STC12C5A08S漪介：新一代宏晶芯片具有 1个时钟/机器周期，高速、高可靠， 2路PWM ,8路10位高速 A/D转换，25万次/秒1T 8051带总线，无法解密，管脚直接兼容传统 89C52,有全球唯一 ID 号可省复位电路 ，36-44个I/O内部R/C时钟的新一代宏晶芯片

15、加密性强，解密难度高。中断系统是使处理器具有对外界异步事件的处理能力而设置的。当中央处理器CPU正在处理某件事的时候外界发生了紧急事件，要求CPU暂停当前的工作， 转而去处理这个紧急事件。时钟电路。由于频率较大时，三角波、正弦波、方波 等波中每一点延时时间为几微秒，故延时时间还要加上指令时间即可得到指定频 率的波形，该电路用24MHzft振。如下图：图2主控电路图 宽电压：5.53.3V, 2.23.6V （STC12LE5A60S2 系列） 增加第二复位功能脚（高可靠复位，可调整复位门槛电压，频率 <12MHz 时，无需此功能） 增加外部掉电检测电路，可在掉电时，及时将数存进EEPRO

16、M,正常工作时无需操作EEP 低功耗设计：空闲模式，HOLTEK芯片解密，(可由任意一个中断唤醒) 低功耗设计：掉电模式(可由外部中断唤醒)，可支持上升沿和远程唤醒工作频率：035MHz,相当于普通8051: 0420MHz图3单片机内部接入2.2 光敏电阻的主要特性及参数(1)光电流、亮电阻。光敏电阻器在一定的外加电压下，当有光照射时， 流过的电流称为光电流，外加电压与光电流之比称为亮电阻，常用“100LX'表示。(2)暗电流、暗电阻。光敏电阻在一定的外加电压下，当没有光照射的时 候，流过的电流称为暗电流。外加电压与暗电流之比称为暗电阻，常用“0LX”表示。(3)灵敏度。灵敏度是指光

17、敏电阻不受光照射时的电阻值(暗电阻)与受 光照射时的电阻值(亮电阻)的相对变化值。(4 )在一定外加电压下，光敏电阻的光电流和光通量之间的关系。不同类 型光敏电阻光照特性不同，但光照特性曲线均呈非线性。因此它不宜作定量检测 元件，这是光敏电阻的不足之处。一般在自动控制系统中用作光电开 关。、(5)光敏电阻的光谱特性光谱特性与光敏电阻的材料有关。硫化铅光敏电 阻在较宽的光谱范围内均有较高的灵敏度， 峰值在红外区域；硫化镉、硒化镉的 峰值在可见光区域。因此，在选用光敏电阻时，应把光敏电阻的材料和光源的种 类结合起来考虑，才能获得满意的效果。(6)光敏电阻的伏安特性 在一定照度下，加在光敏电阻两端的

18、电压与电流 之间的关系称为伏安特性。在给定偏压下，光照度较大，光电流也越大。在一定 的光照度下，所加的电压越大，光电流越大，而且无饱和现象。但是电压不能无 限地增大，因为任何光敏电阻都受额定功率、 最高工作电和额定电流的限制。 超 过最高工作电压和最大额定电流，可能导致光敏电阻永久性损坏。(7)当光敏电阻受到脉冲光照射时，光电流要经过一段时间才能达到稳定值， 而在停止光照后，光电流也不立刻为零，这就是光敏电阻的时延特性。由于不同 材料的光敏， 电阻时延特性不同，所以它们的频率特性也不同，硫化铅的使用 频率比硫化镉高得多，但多数光敏电阻的时延都比较大， 所以，它不能用在要求 快速响应的场合。2.

19、3 光敏电阻接入电路图图4光敏电阻接入电路2.4数码管显示电路图5数码管电路2.5 报警电路采用有源蜂鸣器作为报警器件。图6光报警电路和光显示电路3 软件设计软件设计上，根据功能分了几个模块编程。模块主要有：主程序模块、 检测光度模块，比较光亮度模块。3.1 主程序（ 开始 NONOYESYESJ图7主程序的流程框图应K忘源斗件仿真开发的主要步骤为：编写源程序并保存一建立 工程并A加源声件一招置工程一编译/汇编、连接，产生目标文件一程序调 试。成功编译/汇编、连接后，选择菜单 Debug-Start/Stop Debug Session（或检测所得电压进行按Ctrl+F5 ”）进入程所调试状态

20、，Keil提供对程序的模拟调试功能，内建一个功能强PU以模拟执行程序。Keil能以单步执行（按F11或选0如果发择Debug-Step）、过程单步执行（按F10或选择 Debug-Step Over）现程序有错，可采用在线汇编功能对程序进行在线修改（Debug-InlineAssambly），.不必执行先退出调试环境、修改源程序、对工程重新进行编译/汇编和连接、然后再次进入调试状态的步骤。对于一些必须满足一定条件（如按僭D按根篱）才能被执行的、通以用单D撰村方式进行调试的程序.行，40rtt勺方法处理（Debug-Insert/RRemove Breakpoint 戌Debug-Breakpo

21、ints 等）。3.2安装调试及测量数据分析3.3出现的问题与解决的方法3.3.2 开始写的测试程序输出的数据误差很大。我想可能是光敏二极管 这一模块出现了问题，于是不断的排查和检测。最终还是被我弄好了。3.3.5 测量仪器：示波器；直流稳压电源；万用表。4实训的心得体会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 感受到光照增强此时可将报警装置改为一个自动放下虑光板，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

22、，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。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。同时在本次课程设计时，也暴露了自 己的不少毛病，如设计过程中缺乏规范化，标准化，仿真软件不熟悉等。刚开始 的的时候，Protel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，心里有一种莫名的成就感。在这次课程设计 中，我也有很多不足，做事太急。方案的设计没有能实现很多的功能，知识面狭 隘，学过的知识遗忘了。我会努力将基础打牢，争取在下一次的课程设计中有新 颖的想法，做的东西功能更为全面。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。致谢在此，我特别要感谢我的指导老师。王守华、李秀东、童有为、胡机秀老师 他们学识渊博，专业精通，对事业怀着深厚的感情；他诲人不倦，与同学们保持 着良好的沟通并经常给予