传感器
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《现代测试技术》课程考核论文班级N机自10—4F 学号24101900395姓名唐之骅序号152013 年 06 月 06 日光敏电阻式传感器光敏电阻内部的半导体，在光的照射下，吸收一部分光能，使内部的原子释放电子，但这些电子仍留在这些物体的内部，使物体导电性能增强，这种现象称为内光电效应或光导效应。
我们利用这一特性从而达到传感器的作用。
摘要随着时代的进步和发展，传感器技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术。
传感器是将感受的物理量、化学量等信息，按一定规律转换成便于测量和传输的信号的装置。
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STC单片机为主控制电路，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、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。
引言光照强度自动检测显示电路，该电路可以自动检测光照强度的强弱并显示给人们知道此时光照强度的强弱。
该电路还可以设定光照强度的范围，一旦超出此范围该电路系统可以发出警报通知或直接采取措施使光照强度限定在此范围内。
人们可以通过看此电路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：即光照采集检测部分、光照强度信号处理部分、光照强度显示部分。
还可加上报警部分和光照强度等级显示部分。
对于光照检测部分可利用光敏电阻传感器作为检测元件，它可以完成从光的强弱到电阻值变化的信号转换，再把电阻值转换为电信号就可以作为系统的输入信号，对输入信号进行AD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。
用绿、黄、红LED来显示光照强度的等级。
1 电路系统概述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；(7)仿真调试方案；(8)给出系统整机电路图；(9)完成课程设计报告。
1.2 方案设计传感器选择：选用光敏电阻作为采集光照信号的传感器。
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<=320欧、1.4--3.6k欧、>=15.6k欧。
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：图1电路原理框图1.3 方案论证(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。
其阻值随光照增强而减小。
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 作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Vref1，Vref2。
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 < Vref1 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），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），LED3被点亮。
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NPN型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 硬件设计与分析2.1 单片机最小系统STC12C5A08S2简介：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加密性强，解密难度高。
●高速：1个时钟/机器周期，增强型8051内核，速度比普通8051快8～12倍●宽电压：5.5～3.3V，2.2～3.6V（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,及时将数据保存进EEPROM,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），可支持下降沿/上升沿和远程唤醒●工作频率：0～35MHz，相当于普通8051：0～420MHz●时钟：外部晶体或内部RC振荡器可选，在ISP下载编程用户程序时设置●8/16/20/32/40/48/52/56/60/62K字节片内Flash程序存储器，擦写次数10万次以上●1280字节片内RAM数据存储器●芯片内EEPROM功能,擦写次数10万次以上●ISP / IAP，在系统可编程/在应用可编程,无需编程器/仿真器●8通道,10位高速ADC，速度可达25万次/秒,2路PWM还可当2路D/A使用●2通道捕获/比较单元（PWM/PCA/CCP），---也可用来再实现2个定时器或2个外部中断（支持上升沿/下降沿中断）●4个16位定时器，兼容普通8051的定时器T0/T1,2路PCA实现2个定时器●可编程时钟输出功能，T0在P3.4输出时钟，T1在P3.5输出时钟,BRT在P1.0输出时钟●硬件看门狗（WDT）●高速SPI串行通信端口●全双工异步串行口(UART),兼容普通8051的串口●先进的指令集结构，兼容普通8051指令集，有硬件乘法/除法指令●通用I/O口（36/40/44个），复位后为：准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O 口）可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不得超过100mA图2单片机最小系统电路图2.2光敏电阻的特性及参数(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。
