数字式光照强度检测仪的设计实现

数字式光照强度检测仪的设计实现哈尔滨工程大学电子电路综合实验选题十三指导老师:高敬程说明上课时间：第三周（4系）第四周（5.8系）1）周六/日时段：周六:8:00am-9:00pm，周日：8:00am-5:30pm；2）工作日时段：周一-周四：3:30pm-9:10pm；上课实验室：第三周周六/日，第四周工作日，21b396高频实验室；第四周周六/日，21b458实验室；提前预约选优考试将定在第七周左右课程说明另外实验三课表已发布到网上，学生在实验之前一定上网预约与自己选题相对应的实验课程时间，否则有可能不计实验成绩，网上只发布一个综合实验的时间，学生只需预约及刷卡一次就可以（如周一或周六的实验时间）。实验要求设计一个数字式光照强度检测仪，用数模转换芯片采集测量光照强度，并用译码芯片在数码管显示接收光强结果，同时通过比较器和多路光敏电阻来判断光照射方向。1.光敏电阻的工作原理及结构当无光照时，光敏电阻值(暗电阻)很大，电路中电流很小当有光照时，光敏电阻值(亮电阻)急剧减少，电流迅速增加光敏电阻的结构1.玻璃2.光电导层3.电极4.绝缘衬底5.金属壳6.黑色绝缘玻璃7.引线光敏电阻的灵敏度易受潮湿的影响，因此要将光电导体严密封装在带有玻璃的壳体中。半导体吸收光子而产生的光电效应，只限于光照的表面薄层。光敏电阻的电极一般采用梳状，提高了光敏电阻的灵敏度。灵敏度高，光谱特性好，光谱响应从紫外区一直到红外区。而且体积小、重量轻、性能稳定梳状电极

（1）暗电阻和暗电流光敏电阻在室温条件下，在全暗后经过一定时间测量的电阻值，称为暗电阻。此时流过的电流，称为暗电流。（2）亮电阻光敏电阻在某一光照下的阻值，称为该光照下的亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。

（3）光电流亮电流与暗电流之差，称为光电流。2．光敏电阻的主要参数（1）伏安特性（2）光照特性（3）光谱特性（4）响应时间和频率特性（5）温度特性3．光敏电阻的基本特性

（1）伏安特性

在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系在给定的偏压情况下，光照度越大，光电流也就越大；在一定光照度下，加的电压越大，光电流越大，没有饱和现象。光敏电阻的最高工作电压是由耗散功率决定的，耗散功率又和面积以及散热条件等因素有关。

（2）光照特性光敏电阻的光电流与光强之间的关系由于光敏电阻的光照特性呈非线性，因此不宜作为测量元件，一般在自动控制系统中常用作开关式光电信号传感元件。

（4）响应时间和频率特性光电导的弛豫现象：光电流的变化对于光的变化，在时间上有一个滞后。通常用响应时间t表示。光敏电阻图示光敏电阻演示

当光敏电阻受到光照时，光生电子—空穴对增加，阻值减小，电流增大。暗电流（越小越好）光照强度的测定照度是反映光照强度的一种单位，其物理意义是照射到单位面积上的光通量，照度的单位是每平方米的流明（Lm）数，也叫做勒克斯（Lux）：1Lux=1Lm/平方米上式中，Lm是光通量的单位，其定义是纯铂在熔化温度（约1770℃）时，其1/60平方米的表面面积于1球面度的立体角内所辐射的光量。1LUX大约等于1烛光在1米距离的照度,夏日阳光下为100，000LUX；阴天室外为10000LUX；室内日光灯为100LUX；距60W台灯60CM桌面为300LUX；黄昏室内为10LUX；夜间路灯为0.1LUX。AD模数转换模块

所谓A/D转换器就是模拟/数字转换器（AnalogtoDigitalConverter简称ADC）是将输入的模拟信号转换成为数字信号。A/D电路的设计ADC0804数据线读写控制片选时钟输入中断申请模拟输入参考电压(二)典型ADC芯片ADC08041、引脚图信号：（1）DB7~DB0：数据线，三态，输出，可直接接总线。（2）启动：WR•CS启动ADC，同时清状态INTR.（3）状态：INTR

转换结束输出低电平。（4）读数据：RD•CS打开三态门读取数据，同时清状态。2、片内时钟电路3、接口时序及接口信号任务及要求：结合采集处理电路和光敏电阻电路共同设计一个数字式光照强度检测系统，用数码管显示光照强度。还可以设置多个不同方向的光敏电阻，通过计算它们的光照强度运用比较器以确定当前的光照方向。1、实现采集处理电路的设计。2、焊接调试光敏电阻网络。3、通过比较不同方向测得的光强值判断光照方向，在LED灯上显示。3、焊接调试选择器和AD电路，在数码管上显示光照强度。4、通过外加模拟放大器，将获得的电信号转换成光照强度单位下的数值，并用数码管显示。（白天实验室日光灯为99LUX-63(十六进制)）任务及要求：利用光敏电阻和外围电路共同设计一个数字式光照强度检测系统。（1）用数码管显示光照强度。（2）设置多个不同方向的光敏电阻，通过计算它们的光照强度运用比较器以确定当前的光照方向。（3）将获得的电信号转换成光照强度单位下的数值，并用数管显示。设计选题的要求(1)、要求在无光照时数码管显示00（十六进制），室内光照最大值显示63（十六进制）。(2)、用数码管显示光照强度，误差范围为5~10LUX(以白天中午室内日光灯的光照强度为标准定义为63LUX)。(3)、两个 LED灯的亮灭显示光强方位。光敏电阻接入电路比较器电路模拟选择器接入电路ADC0804数模转换器模块数码管显示电路MC14495介绍左图为MC14495引脚图：A、B、C、D为二进制码(BCD码)输入端

:锁存控制端，其为低电平时可以输入数据，为高电平时锁存输入数据。h+i：输入数据大于等于10指示位；输入大于等于10则其输出高电平，否则为低电平。

:为输入等于15指示位，若输入数据等于15，则其输出高电平，否则为高阻状态。VDD、VSS为电源和地。MC14495介绍简易检测电路调零及放大倍数调节电路（运算放大器）

由于光照为零时，输出电压最大，所以要使此时AD模块输入为零，运算放大器要接成反相加法器，以实现光照为零时显示为零，光照增加时AD输入电压增加。同时为了调试方便，反相输入的负压要可以调节，以实现调零。反馈电阻也可以调节以改变放大倍数。数字式光照强度检测仪的设计实现元器件清单表数字式光照强度检测仪的设计实现元器件名称数量20脚IC座116脚IC座38脚IC座2一位共阴数码管LG5011AH2电位器50K3小按键1ADC08041CD40511LM3931MC144952OP071光敏电阻2150P电容1104电容110u电解电容11K电阻310K电阻120K电阻130K电阻147K电阻151K电阻1插针1LED灯1实验报告设计报告（元件清单，具体实验设计电路）每次实验要完成实验日志。指导教师签字确认。实验日志作为实验报告的一部分上交。实验日志格式网上下载。仿真（可选做）实验报告实验报告格式---实验管理系统—资料下载实验完成后，电子版的报告请发到tx05512@163.com邮件标题：选题*+学号+姓名+电话号码邮件附件包括实验报告，如果腐蚀了电路板需附带schdoc和pcbdoc实验报告实验报告中要有电路板的实物图片以及测试过程中示波器上的波形图片。纸质版实验报告:截止时间4.7日实验报告在实验完成一周内投到实验室3楼的实验报告箱中，报告箱上写着“电子电路综合实验”。实验成绩比重（实验操作占60%，实验报告占40%）相关补充1:1要求学生自备烙铁架，万用表和吸锡器等工具；2要求学生每天写实验日志，实验日志上记录当天完成的工作、测量的数据和实验故障等实验状况。实验日志在网上管理系统的资源下载里。3实验报告在实验完成一周内投到实验室3楼的实验报告箱中，报告箱上写着“电子电路综合实验”。以前有投错的。实验报告范例在网上管理系统的资源下载里。相关补充2:4要求学生只要预约一次的实验课即可。上下课刷卡。5所有学生可以适当调整时间，例如第3周的可以调至4周。6实验要分模块，学生完成每一个模块都要有模块步骤分，要有实验打分表，按模块验收。相关补充3:7要求学生必须在实验室完成实验，如果有课的可以去上课，不得无故旷课。8优秀