光敏电阻检测系统的设计.docx
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光敏电阻检测系统的设计
标题
光敏电阻检测系统的设计
光敏电阻传感器检测系统的
摘要
该数字式光照强度检测仪以单片机和模数转换为技术核心,具体由单片机最小系统、下载通信模块、A/D模数转换模块、光照方向检测模块、输出选择模块和数码管显示模块组成。
在本系统的设计中,利用光敏电阻阻值随光强的变化特性来检测光强,采用单片机控制输出选择模块和数模转换芯片依次测量不同方向的光照强度,并通过编程处理数据进行光强的比较,最后通过数码管显示检测结果。
通过对电路的设计和软件调试,最终基本实现了基于单片机的数字式光照强度检测仪的整体功能,可显示最大光照强度及光强照射方向。
关键字:
光敏电阻,单片机,光照强度
ABSTRACT
Thedigitallightintensitydetectorwithmicrocontrollerandanalog-digitalconversionasacoretechnology,specificallybythemicrocomputersystem,downloadthecommunicationmodule,A/Danalog-digitalconversionmodule,lightdirectiondetectionmodule,theoutputselectionmoduleanddigitaldisplaymodulecomposition.Inthissystemdesign,useofphotosensitiveresistorcharacteristicswiththelightintensitytodetectchangesinlightintensity,theoutputselectcontrolofsingle-chipmoduleandseveralanalogconverterfollowedbymeasuringthelightintensityindifferentdirections,andhandlingdatathroughtheprogramintensitycomparition,thefinaltestresultsviadigitaldisplay.
Inshort,throughthecircuitdesignandtheactualalignment,finallyrealizingasinglechipbasedondigitallightintensitydetectoroftheoverallfunction,canshowamaximumlightintensityandlightintensityirradiationdirection.
Keywords:
photosensitiveresistance;MCG;lightintensity
第1章绪论
1.1课题的意义、目的和要求
1.1.1课题的意义
本系统是一个基于单片机的数字式光照检测仪,通过数码管显示光度,并且具有判断光照方位能力。
以89C51单片机为核心,控制A/D芯片采集数据,辅以数码管、比较器、数据选择器等器件,实现功能。
本系统采用光敏电阻采集光照强度信息。
光照强度直接反映在光敏电电阻阻值上,进而反映在光敏电阻两端的电压值上。
然后通过单片机控制A/D模数转换对电压信号进行采集,经换算后通过数码管显示光强强度。
判断光照方向时可采用两个位于不同方向的光敏电阻。
光照方向会导致他们两端的电压值不同,把两个电压值输入到比较器进行比较,单片机根据比较结果控制数据选择器选择光照较强的那一路的电压值给A/D进行数模转换。
用数码管的亮灭显示方向。
本设计适当地利用了光敏电阻的特性以及单片机的强大的运算控制功能,实现了光照强度的检测,并在数码管上显示。
设置了两个方向的光敏电阻,比较光照强度数值大小确定了当前光照方向。
本系统充分利用了现有资源,结构合理,性能稳定,成本低,满足题目要求。
加强对单片机的学习和认识,正确运用所学单片机的理论知识,将理论与实际相结合,单片机在我们的生活中得到越来越广泛的应用,单片机注定影响一个时代,只要存在计算机的地方就会有他的存在,学好单片机对今后的学习与工作有很多益处。
1.1.2课题的目的
采用光敏电阻为光传感器,利用光敏电阻的光照特性完成光强的检测。
具体方法是将三路光敏电阻支路并联接入电路中,其中一路串接一固定电阻,另外两路分别串接电位器,利用光敏电阻值随光照强度变化的特性,使得电路的输出电压而变化。
根据这一特性,结合光照强度和输出模拟电压之间的关系,分别对三路电压值进行采集得到某一光强度下对应的模拟电压,将模拟电压通过ADC0804模数转换器转换为数字电压,通过C语言编程,将其集于单片机中,进行比较以后通过两位数码管将最大值显示出来,相应地控制点亮对应的小数点以显示光照强度的方向。
从ADC0804的模拟量通道输入0-5V之间的模拟量,通过ADC0804转换成数字量送给单片机,经单片机处理后在数码管上以十进制形成显示出来,学习用单片机控制A/D模数转换。
光照强度检测仪的主体是光敏电阻,光敏电阻是采用半导体材料制作,利用内光电效应工作的光电元件。
它在光线的作用下其阻值往往变小,这种现象称为光导效应,因此,光敏电阻又称光导管。
在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压,其中便有电流通过,受到适当波长的光线照射时,电流就会随光强的增加而变大,从而实现光电转换。
光敏电阻没有极性,纯粹是一个电阻器件,使用时既可加直流电压,也可以加交流电压。
光敏电阻的特性是光照变化时其电阻值随着变化,所以可以通过电阻值的变化得出光照强度的变化,而电阻值的变化可以反映在电阻两端的电压值的变化情况上,这样可以设计一个简单的电路,该电路由光敏电阻分压并可以将光敏电阻两端的电压信号作为输入信号输入单片机,然后进行数模转换,将输入单片机的电压模拟信号转换成数字信号,再由单片机处理转换出来的数字信号。
然后由数码显示管显示出光照强度结果并判断光照方向。
1.1.3课题的要求
结合单片机最小电路和光敏电阻电路共同设计一个基于单片机的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,通过比较它们的光强数值以判断光照方位。
技术要求:
(1)对光照强度实施实时采集,光照强度的测量范围为:
2~600LX,精度±0.2%;
(2)用数码管显示光照强度;
(3)可以设置多个不同方向的光敏电阻,通过比较它们的光强数值以判断光照方位;
(4)通过比较不同方向测得的光强数值判断光照方向,在数码管上显示其方向。
1.2数字式光照强度检测仪的发展前景及趋势
本课题通常与仪器测量的光束强度,是专门针对一个电路测量光强度关联到一个时间信号的光强度。
其中有一个光通过介质传递光束强度是在现有条件中的指示广泛的应用。
光照强度的分析与使用这些计划的检测电路通常比较熟悉。
通常情况下,光强度检测用感光元素,是产生一个电压信号,然后放大并转换成由模拟到数字(A/D)转换为数字信号的能力。
该A/D转换器生成一个变量引入到一个微处理器电平信号,其中,信号电平进行比较参考信号,以便与预定相关的职权收集信号“读”的样本。
目前,仍然有必要制定一个系统,使光强度检测的有效使用,而又能准确有效地转换设备系统的应用。
随着红外技术的推广,红外满方的检测仪器将朝着快速、便携、低成本、低功耗以及自动化的方向发展。
(1)快速性要求检测的时间短,能迅速得到检测结果,以适应检测。
(2)便携,体积小,能够在离线、现场后在线环境下,实现准确,无损检测。
(3)低成本,价格便宜,是普通老百姓买得起,用得起。
(4)低功耗,易于操作,检测人员不需要对仪器进行复杂的调整,只需启动几个按钮就可以进行检测。
1.3本课题主要研究的内容
如何构架光敏电阻网络检测到关照强度及其方向,将光敏电阻两端的模拟信号转换成数字信号及通过单片机处理使得检测结果用数码管显示。
各模块的设计和组件,软件的编程和调试则是重点。
(1)结合单片机最小电路和光敏电阻电路设计一个基于单片机的数字式光照强度检测系统;
(2)单片机最小系统及光敏电阻网络的设计;
(3)编写单片机程序,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。
第2章系统概述
2.1系统方案的选择与论证
2.1.1设计方案一
本方案采用光电二极管,利用其产生的电流随光照增强的线性特性输出模拟采样电压,并联三条光敏二极管和电阻支路,将这三路电压通过选通器循环输入到模数转换器ADC0804将模拟信号转换为数字信号,将数字信号通过通信模块输送给STC89C51单片机,通过比较后得出最大值,将最大值输出并利用两位数码管显示出来。
具体框图如下图2.1所示。
图2.1设计方案一原理图
对于本方案,采用线性好,响应速度快的光敏二极管作为光照传感器,故电路响应速度快,灵敏度高。
缺点是单独使用输出电流(或电压)很小,需要加放大电路将采样电压进一步放大,而加入运放环节会由于运放的零漂和易受温度影响使得电路稳定性降低,误差增大。
实验中不采用本方案。
2.1.2设计方案二
采用光敏电阻、二极管和555定时器构成多谐振荡电路,利用多谐振荡电路的两个暂稳态输出由此产生矩形波脉冲信号。
而光敏电阻阻值会随着光照强度的变化而发生变化,进而使得多谐振荡电路的周期变化,其输出波形频率也随之改变。
将其输出模拟信号波形输入到一个简易数字式频率计通过两位数码管显示出来,数字式频率计主要由时基电路、闸门电路计数器、锁存器、译码显示电路和逻辑控制电路组成。
具体实现框图如下图2.2所示。
图2.2设计方案二原理图
本方案采用性能稳定且便宜的光敏电阻作为光照传感器,通过光敏电阻值变化影响多谐振荡电路的周期而检测光强,性能较稳定一些,灵敏度也较高,但是电路结构比较复杂,所用元器件种类较多,实现和调试工作会比较困难,造价也较高,虽然能满足稳定性和灵敏度的要求,但不宜采用。
2.1.3设计方案三
采用三路光敏电阻支路并联检测光照强度,通过每一路可以得到一个模拟采样电压,将这三路电压通过CD4051单8通道数字控制模拟电子开关循环输入到模数转换器ADC0804将模拟信号转换为数字信号,将数字信号通过通信模块输送给STC89C51单片机,通过比较后得出最大值,将最大值输出并利用两位数码管显示出来。
对于光强的方位,则通过控制两位数码管的两个小数点的关断与否来显示出来,具体是两个小数点分别单独亮时对应两个方位,而两个小数点均不亮时对应另外一个方位。
至此,可以将光照的强度以及光照的方位通过两位数码管显示出来,完成了本设计选题的任务及要求。
具体框图如下图2.3所示:
图2.3设计方案三原理图
本方案采用性能稳定且便宜的光敏电阻作为光照传感器,STC89C51单片机作为主控制器。
性能稳定,抗干扰能力强,不易受外界环境温度等因素影响,灵敏度也较高,但是由于光照传感器采用光敏电阻且为三条支路并联采集模拟电压信号,会存在一定的误差。
总体上来说,本方案电路结构简单、所用元器件供给充足、成本造价低、性能稳定且误差范围也在设计选题的要求之内,能在简单低成本的基础上很好的完成设计选题的任务,故实验中采用本方案。
2.1.4方案综合比较和选择
通过以上三种方案的设计,方案一采用光敏二极管作为光照传感器,线性度好,响应速度快,但是需要额外添加运放环节,对系统稳定性和误差都会带来不利影响,另外限于元器件的供应,本实验中不采用。
方案二采用光敏电阻作为光照传感器,稳定性和灵敏度虽然都能满足设计选题的要求,但是电路结构过于复杂,
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