下载文档原格式
《灯光测试仪》实验指导书学院名称：交通与汽车工程学院适用专业 :汽车、汽发、汽电、交运、汽车月艮务工程编写单位：交通与汽车工程实验中心编写人:_________________________ 陈飞________________ 审核人: _______________________________________ 审批人: _______________________________________2009 年10 月10 B—、实验目的和任务1、掌握灯光测试仪的结构和工作原理。
2、了解灯光测试仪的测试步骤。
二、实验内容1、灯光测试仪的结构。
2、灯光测试仪工作原理。
3、灯光测试仪测试步骤。
三、实验仪器、设备及材料灯光测试仪实验台。
四、实验原理及测试过程re 1检验仪外形圈1—仪為箱升降手轮* 2—仪amK度相示标：3—尤度农，4一光束照対方向多力茨：5—光束照射方向选择旅示綻说；6—对正器：7—光度选择Stt： 8—现察由蓬：9—现察物：10—仪箱範；H —移动手把1、测试时，汽车停放的地面和测试仪同时处于水平，并且相互平行。
校准器与汽车的前大灯Z间应保持规定的距离(300mm) o这样，调整操作就可以在前大灯的前方进行。
2、对止器是用来校正被测试的汽车和测试仪是否处于止确的位置。
如若两者所处的位置不正确，可通过小车行进用推杆移动小车来实现。
3、第一步先测近光，在测试屮，光束通过仪器箱前的透镜照射到屏幕上，从观察窗口目视，同时旋转光束照射方向选择指示旋钮，使光斑明暗截止线左侧水平的部分与屏幕上的实现重合。
（如图2所示）图2前照灯近光在屏幕上情形这是光束照射方向选择指示旋钮上的读数值为近光光束下偏值。
旋钮上的刻度表示车辆照射距离为10米的屏幕上，光束中心的下偏值，单位为厘米。
左右偏移值以近光光斑明喑截止线的转角点在仪器屏幕上与V-V线不重合值直接读出。
刻度定义与旋钮刻度定义相同。
当近光光斑的明暗截止线左侧水平部分与屏幕上的实线重合时，按下近光按钮，可检验近光暗区的发光强度是否符合国家有关法规的规定。
光电检测课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握光电检测的基本原理，理解光电效应、光电器件的工作原理及其在检测技术中的应用。
2. 使学生了解不同类型的光电传感器及其特性，能够分析其在实际工程中的应用场景。
3. 引导学生掌握光电检测系统的构建方法，学会进行简单的光电检测系统设计和分析。
技能目标：1. 培养学生运用光电传感器进行数据采集和处理的能力，提高实际操作技能。
2. 培养学生运用所学知识解决实际光电检测问题的能力，提高创新意识和实践能力。
3. 提高学生的团队协作能力，学会在团队中分工合作，共同完成项目任务。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对光电检测技术的兴趣，激发学习热情，形成主动学习的态度。
2. 培养学生具有严谨的科学态度和良好的实验习惯，注重实验数据的真实性和准确性。
3. 引导学生关注光电检测技术在生产、生活和社会发展中的应用，认识光电检测技术对社会进步的重要性。
课程性质：本课程为高二年级物理选修课程，结合物理知识和实践操作，注重培养学生的实际应用能力。
学生特点：高二年级学生具有一定的物理基础，思维活跃，好奇心强，具备一定的自主学习能力。
教学要求：结合学生特点和课程性质，注重理论与实践相结合，通过项目式教学，提高学生的实际操作能力和解决问题的能力。
将课程目标分解为具体的学习成果，便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 光电检测基本原理：光电效应、光电器件原理、光电传感器工作原理。
教材章节：第二章光电检测技术基础2. 光电传感器类型及特性：光敏二极管、光敏三极管、光电池、光电管、光电倍增管等。
教材章节：第三章光电器件及其特性3. 光电检测系统构建：系统设计原理、传感器选型、信号处理与分析、应用案例。
教材章节：第四章光电检测系统设计与应用4. 实践操作：光电传感器数据采集、处理与分析，实际应用场景下的检测项目实施。
教材章节：第五章实践操作与案例分析5. 创新设计：结合所学知识，开展小组项目，设计并实现一个简单的光电检测系统。
光强度监测课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解光强度概念，掌握光强度的计量单位及转换。
2. 学生能掌握光传感器的工作原理及其在光强度监测中的应用。
3. 学生能了解数据采集、处理与分析的基本方法，并应用于光强度监测实验。
技能目标：1. 学生能正确使用光传感器进行光强度测量，并准确记录数据。
2. 学生能运用数据处理软件对光强度数据进行处理与分析，绘制图表。
3. 学生能通过小组合作，设计简单的光强度监测系统，解决实际问题。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对物理现象的好奇心，提高学习物理的兴趣。
2. 学生培养合作意识，学会与他人共同解决问题，增强团队协作能力。
3. 学生认识到科技在生活中的应用，提高创新意识，关注环境保护。
课程性质：本课程为物理学科实验课，结合传感器技术，强调理论联系实际，提高学生的实践操作能力。
学生特点：六年级学生已具备一定的物理知识和实验技能，具有较强的探索欲望和动手能力。
教学要求：注重启发式教学，引导学生主动探究，培养实验操作能力和数据处理能力，强调安全意识与环保意识。
通过课程学习，使学生能够将所学知识应用于实际问题的解决，提高综合素养。
和教学内容教学内容：1. 光强度概念及计量单位- 光的概念、光强度定义及计量单位（勒克斯、流明等）- 教材章节：第五章“光现象”第一节“光的基本概念”2. 光传感器工作原理与应用- 光传感器结构、工作原理及分类- 光传感器在光强度监测中的应用实例- 教材章节：第七章“传感器及其应用”第二节“光传感器”3. 数据采集、处理与分析- 数据采集方法、数据处理软件介绍- 实验数据记录、分析与图表绘制- 教材章节：第八章“数据处理”第一节“数据采集与记录”4. 实践操作：光强度监测实验- 实验器材、实验步骤及注意事项- 小组合作进行光强度测量、数据处理与分析- 教材章节：实验章节“光强度监测实验”5. 光强度监测系统设计与制作- 设计理念、制作步骤及要求- 小组合作完成光强度监测系统设计，解决实际问题- 教材章节：第九章“物理应用”第三节“制作简单的光强度监测器”教学安排与进度：第一课时：光强度概念及计量单位，光传感器工作原理与应用第二课时：数据采集、处理与分析方法，实践操作光强度监测实验第三课时：光强度监测系统设计与制作，小组展示与评价教学内容确保科学性和系统性，注重理论与实践相结合，以教材为基础，拓展学生知识面，培养实验操作能力和创新意识。
无线光照检测系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解无线光照检测系统的基本原理和组成，掌握相关物理概念，如光强、光照度等。
2. 使学生了解无线通讯技术及其在光照检测系统中的应用，包括数据传输、接收和处理。
3. 帮助学生掌握传感器的工作原理及其在光照检测系统中的作用。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识设计简单的无线光照检测系统的能力。
2. 提高学生进行实验操作、数据采集和分析的能力。
3. 培养学生团队协作和沟通能力，能够共同完成项目任务。
情感态度价值观目标：1. 培养学生热爱科学，对物理学科产生浓厚的兴趣。
2. 增强学生的环保意识，认识到光照检测系统在节能减排方面的意义。
3. 培养学生具备创新精神，敢于尝试和挑战新事物。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，以项目为导向，注重培养学生的动手能力和实际操作技能。
学生特点：学生处于高年级阶段，已具备一定的物理知识和实验技能，具有较强的求知欲和自主学习能力。
教学要求：结合学生特点，课程设计应注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力，同时关注学生的情感态度和价值观培养。
通过分解课程目标为具体学习成果，以便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 基本原理与概念：- 光的传播、反射和吸收基本知识；- 光照度的定义、计量单位和影响因素；- 无线通讯技术原理及其在光照检测中的应用。
2. 传感器与检测系统：- 光敏传感器的类型、工作原理和性能参数；- 无线光照检测系统的组成、工作流程和数据传输；- 系统设计中的抗干扰和信号处理方法。
3. 实践操作与项目设计：- 实验器材的认识与使用方法；- 数据采集、处理和分析技巧；- 团队协作完成无线光照检测系统的设计与搭建。
教学大纲安排：第一课时：基本原理与概念学习，介绍光的传播、反射、吸收以及光照度相关知识；第二课时：学习无线通讯技术原理及其在光照检测中的应用；第三课时：了解光敏传感器的类型、工作原理和性能参数；第四课时：学习无线光照检测系统的组成、工作流程和数据传输；第五课时：实践操作，进行数据采集、处理和分析；第六课时：团队协作，设计与搭建简单的无线光照检测系统。
光电检测技术 课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握光电检测技术的基本原理，理解光电效应、光电器件的工作机制及其在检测中的应用；2. 使学生了解不同类型的光电传感器及其特点，能根据实际需求选择合适的光电传感器；3. 引导学生掌握光电检测系统中的信号处理方法，了解相关检测电路的设计与实现。
技能目标：1. 培养学生运用光电检测技术解决实际问题的能力，能进行简单的光电检测系统设计；2. 提高学生动手实践能力，能正确操作光电传感器及相关检测设备，进行数据采集和处理；3. 培养学生团队协作和沟通能力，能在小组合作中共同完成光电检测系统的设计与调试。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对光电检测技术及其应用的兴趣，激发创新意识，提高学习积极性；2. 增强学生的环保意识，了解光电检测技术在环保、节能等领域的重要作用；3. 引导学生树立正确的价值观，认识到光电检测技术在国家经济发展和国防建设中的地位和作用。
课程性质：本课程为高二年级物理选修课程，结合物理知识和实际应用，注重理论与实践相结合。
学生特点：高二学生在物理知识方面具备一定基础，具有较强的逻辑思维能力和动手实践能力，对新技术和新设备充满好奇心。
教学要求：结合学生特点，注重启发式教学，提高学生的主动学习能力；注重实践操作，培养学生的实际操作能力和问题解决能力。
通过本课程的学习，使学生能够将光电检测技术应用于实际生活和工作中，为我国光电产业的发展做出贡献。
二、教学内容1. 光电检测技术基本原理- 光电效应（光电导效应、光伏效应、光生伏特效应）- 光电器件（光敏二极管、光敏三极管、光电管、光电耦合器）2. 光电传感器及其应用- 不同类型的光电传感器（环境光传感器、位置传感器、转速传感器等）- 光电传感器的选型与应用3. 光电检测系统设计- 信号处理方法（模拟信号处理、数字信号处理）- 检测电路设计与实现（放大电路、滤波电路、信号转换电路等）4. 实践操作与案例分析- 光电传感器操作与调试- 光电检测系统设计实例分析- 小组项目：设计并实现一个简易的光电检测系统教学大纲安排：第一周：光电检测技术基本原理学习，了解光电器件的工作机制；第二周：学习光电传感器及其应用，进行光电传感器选型分析；第三周：学习光电检测系统设计，掌握信号处理方法和检测电路设计；第四周：实践操作与案例分析，小组项目设计与实施；第五周：项目展示与评价，总结课程学习成果。
光照强度检测的课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解光照强度的概念，掌握光照强度的计量单位及其换算。
2. 学生能够描述影响光照强度的因素，如光源距离、光线传播介质等。
3. 学生能够掌握使用光照强度计进行数据采集、处理和分析的方法。
技能目标：1. 学生能够操作光照强度计，进行实地测量，并准确记录数据。
2. 学生能够运用所学知识，分析实际环境中的光照强度问题，提出合理的解决方案。
3. 学生能够通过小组合作，进行实验设计和实施，提高实验操作和问题解决能力。
情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到光照强度检测在日常生活和科学研究中的重要性，增强学以致用的意识。
2. 学生在实验过程中，能够培养耐心、细致、严谨的科学态度，提高对实验结果的敬畏心。
3. 学生通过小组合作，培养团队协作精神，学会互相尊重、倾听、交流和分享。
本课程针对初中物理学科，结合学生年龄特点和认知水平，注重理论与实践相结合，以培养学生的实验操作能力、问题解决能力和科学素养为核心。
通过具体可衡量的课程目标，使学生在掌握光照强度相关知识的同时，提高实验技能和情感态度价值观。
为实现课程目标，后续教学设计和评估将围绕具体学习成果展开。
二、教学内容本章节教学内容主要包括以下三个方面：1. 理论知识学习：- 光照强度的概念及其计量单位- 影响光照强度的因素：光源距离、光线传播介质等- 光照强度计的原理与使用方法参考教材章节：第三章《光现象》第2节《光照强度的测量》2. 实践操作与数据处理：- 实地操作光照强度计进行数据采集- 数据记录、处理和分析方法- 实验结果讨论与误差分析3. 实验设计与问题解决：- 设计简单的光照强度实验方案- 实施实验并解决实验过程中遇到的问题- 小组合作、交流分享实验心得教学进度安排：第1课时：理论知识学习，了解光照强度的概念、计量单位及影响因素。
第2课时：实践操作与数据处理，学会使用光照强度计进行数据采集、记录和处理。
光电测速课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解光电测速的基本原理，掌握光电测速仪器的使用方法，培养学生运用光电测速技术解决实际问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：a.了解光电测速的基本原理；b.掌握光电测速仪器的主要部件及其作用；c.知道光电测速技术在实际中的应用。
2.技能目标：a.能够正确使用光电测速仪器进行测量；b.能够分析测量数据，得出合理结论；c.能够运用光电测速技术解决实际问题。
3.情感态度价值观目标：a.培养学生的动手能力，提高学生对科学的兴趣；b.培养学生团队合作精神，提高学生沟通协作能力；c.培养学生关注社会热点，提高学生的社会责任意识。
二、教学内容本课程主要内容包括光电测速的基本原理、光电测速仪器的主要部件及其作用、光电测速技术的应用等。
具体安排如下：1.第一课时：光电测速的基本原理a.光的传播速度；b.光电效应及其应用；c.光电测速的原理。
2.第二课时：光电测速仪器的主要部件及其作用b.光敏元件；c.信号处理电路；d.显示与输出装置。
3.第三课时：光电测速技术的应用a.运动物体速度的测量；b.生产过程中的速度监控；c.光电测速技术在其他领域的应用。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法，如讲授法、讨论法、实验法等。
具体安排如下：1.讲授法：用于讲解光电测速的基本原理、光电测速仪器的主要部件及其作用等理论知识。
2.讨论法：通过小组讨论，让学生分享对光电测速技术应用的看法，培养学生的沟通协作能力。
3.实验法：让学生动手操作光电测速仪器，培养学生的动手能力，提高学生对科学的兴趣。
四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：《光电测速技术与应用》；2.参考书：光电测速技术相关论文和专著；3.多媒体资料：光电测速仪器操作演示视频；4.实验设备：光电测速仪器、实验器材等。
通过以上教学资源，为学生提供丰富的学习体验，帮助学生更好地掌握光电测速知识。
I功率型LED光功率测试仪设计功率型LED光功率测试仪是用于测量绝对光功率或通过一段光纤的光功率相对损耗。
通过测量发射端机的绝对功率，一台功率型LED光功率计就能够评价光端设备的性能。
用光功率计与稳定功率型LED组合使用，则能够测量连接损耗、检验连续性并帮助评估光纤链路传输质量。
功率型LED光功率测试仪具有超宽的光功率测试范围、精准的测试精度和超常的使用寿命。
目前，日本安腾公司生产的AQ-1112B型，测量精度高，可达正负2%以内，但灵敏度较低;本设计采用光敏电阻达到光电转换的目的，利用高精度单片机STC12C5A60S2作数据处理和显示，精确度很高，可达到正负1%以内。
关键词：LED，光功率，测试仪目录摘要................................................................................................. 错误！未定义书签。
ABSTRACT ...................................................................................... 错误！未定义书签。
1 绪论 (1)1.1 意义 (1)1.2 国内外发展状况 (1)1.3 设计内容 (1)2 光度学理论基础 (1)2.1 定义及应用 (1)2.2 光学量 (2)2.2.1 光通量 (2)2.2.2 发光强度 (3)2.2.3 光亮度 (4)2.2.4 光出射度 (5)2.2.5 光照度 (5)3 系统设计 (6)3.1 系统设计 (6)II3.2 硬件设计 (6)3.2.1 LED光源部分 (6)3.2.2光电转换部分 (9)3.2.3 A/D转换和数据处理部分 (10)3.2.4显示部分 (13)3.2.5硬件总图 (14)3.3 软件设计............................................................................. 错误！未定义书签。
光强度测量仪课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解和掌握光强度测量仪的基本原理、结构、使用方法及其在生产生活中的应用。
通过本课程的学习，使学生能够：1.知识目标：理解光强度测量仪的工作原理，掌握其基本组成部分和功能；了解光强度测量在科学研究和生产实践中的应用。
2.技能目标：学会使用光强度测量仪进行实验操作，能够独立完成光强度的测量和数据分析；能够根据实际需求选择合适的光强度测量仪器。
3.情感态度价值观目标：培养学生对科学实验的兴趣和热情，增强学生的实践操作能力；使学生认识到科学知识在生产生活中的重要性，提高学生的创新意识和责任感。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.光强度测量仪的基本原理：介绍光强度测量仪的工作原理，让学生了解光的强度及其测量方法。
2.光强度测量仪的结构与功能：讲解光强度测量仪的各个部分，包括光源、光敏元件、显示器等，以及它们的作用。
3.光强度测量的方法与应用：介绍光强度测量的基本方法，以及光强度测量在科学研究和生产实践中的应用案例。
4.光强度测量仪的使用与维护：讲解光强度测量仪的正确使用方法，以及日常维护和故障处理。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行授课，包括：1.讲授法：讲解光强度测量仪的基本原理、结构和应用，使学生掌握相关理论知识。
2.实验法：学生进行光强度测量实验，让学生亲自动手操作，提高实践能力。
3.讨论法：在课堂上引导学生进行问题讨论，激发学生的思考和创新意识。
4.案例分析法：通过分析实际案例，使学生了解光强度测量在生产生活中的重要作用。
四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的光强度测量仪教材，为学生提供系统的理论知识。
2.实验设备：准备充足的光强度测量仪设备，确保每位学生都能进行实验操作。
3.多媒体资料：制作精美的课件和教学视频，帮助学生更好地理解光强度测量仪的相关知识。
测量光照强度课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解光照强度的概念，掌握光照强度的计量单位及其换算。
2. 学生能够掌握使用光照度计进行实际测量，并能够描述影响光照强度的因素。
3. 学生能够掌握光照强度数据的基本处理和分析方法。
技能目标：1. 学生能够正确操作光照度计，进行准确的测量，并记录数据。
2. 学生能够运用图表和计算方法分析测量数据，得出科学结论。
3. 学生能够通过小组合作，有效沟通和分工，完成实验任务。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对科学实验的热爱，增强对物理现象的好奇心。
2. 学生在实验过程中，培养细心观察、严谨求实的科学态度。
3. 学生能够认识到物理知识在实际生活中的应用，提高学习的积极性和社会责任感。
课程性质：本课程为物理学科实验课，以实践操作和数据分析为主。
学生特点：六年级学生具有一定的物理知识基础，对科学实验充满好奇，动手能力强，但需引导培养科学的思考和分析能力。
教学要求：结合学生特点，注重实践操作与理论知识的结合，强调实验安全与数据准确性，鼓励学生主动思考、提问和合作交流，提高科学探究能力。
通过本课程的学习，使学生将理论知识与实践相结合，培养科学素养。
二、教学内容1. 理论知识：- 光照强度的定义及其计量单位（章节2.3）。
- 光照度计的结构、原理及使用方法（章节2.4）。
- 影响光照强度的因素，如光源、距离、介质等（章节2.5）。
2. 实践操作：- 使用光照度计进行实际测量，记录数据（实验2.1）。
- 小组合作，设计实验方案，探究影响光照强度的因素（实验2.2）。
3. 数据处理与分析：- 数据记录表格的制作与填写（附录A）。
- 利用图表和计算方法分析实验数据，得出结论（章节3.1）。
4. 教学安排与进度：- 理论知识学习：2课时。
- 实践操作：3课时，包括实验设计、实施和初步数据分析。
- 数据处理与分析：2课时，对实验数据进行深入分析，撰写实验报告。
教学内容确保与课程目标紧密结合，注重科学性和系统性。
1前言微电子技术和计算机技术的不断发展，引起了仪器仪表结构的根本变革。
以微型计算机为主体，将计算机技术与检测技术有机结合，组成新一代“智能化仪器”，在测量过程自动化，测量数据处理及功能多样化方面与传统仪器仪表的常规测量电路相比较，取得了巨大的进展。
智能仪器不仅能解决传统仪器仪表不易或不能解决的难题，还能简化仪表电路，提高仪表可靠性，更容易实现高精度、高性能、多功能的目的。
随着科学技术的进一步发展，其智能化程度将越来越高。
近20年来，随着微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术的高速发展，智能仪器仪表已经取得了巨大的发展，促使了一些新的测试理论、测试方法、测试领域和仪器结构不断涌现并发展成熟，逐步突破了过去仪器系统功能的实现和改变主要依赖于硬件电路的设计和改变这种传统的观念，硬件的作用被逐渐淡化，而软件的重要性与进一步发展的迫切性变得越来越突出，出现了仪器软件化的发展趋势。
本次课程设计主要是对光参数智能测试仪（Optical parameters of automatic test）的设计。
硬件部分主要由主机电路、模拟量输入/输出电路、人机联系部件及其接口电路、标准通信接口等组成。
首先，系统有传感器将所需测量的信号转换为电信号，再由信号处理电路将传感器输出的微弱电信号进行适当放大、滤波、调制、电平转换和隔离屏蔽等，提高信号质量，再由转换器采样/保持电路S/H、A/D 和D/A等将信号进行转换。
接着人机联系部件和接口电路将沟通操作者和仪器之间的联系。
标准通信接口可用于实现智能仪器与通用型计算机的联系，是仪器可以接受计算机的程控命令，构成多级分布式自动测控系统。
系统软件部分包括监控程序、接口管理程序和数据处理程序三部分。
系统通过软硬件的联合将系统功能得以最大化的体现。
2整体方案设计2.1方案设计本设计整体思路：利用光电传感器将光信号转换为电信号，通过单片机的控制输出到LCD 显示，光信号的大小与电信号的大小成线性关系，电流的大小即代表了光的强弱。
方案一：利用光电传感器将需要测量的光信号转换为微弱的电信号，然后应用放大器将电信号放大成所需要量程的电信号，将该电信号传输给A/D 转换器，将模拟电信号转换为数字信号。
然后将信号传给单片机，由单片机控制LCD 显示。
单片机连有键盘输入，可以手动控制系统。
通过串口，将单片机与上位机相连。
图2.1方案一框图方案二：利用最新的传感器OPT101将需要测量的光信号转换为电信号，这个再将电信号送给A/D 转换器，将模拟信号转换为数字信号再传给MCU 单片机，由单片机控制A/D 转换器，将模拟量变成单片机所需的数字量。
单片机与LCD 相连，通过LCD 显示所测量的结果。
单片机通过串口与上位机相连，可以通过上位机控制系统。
单片机也设有键盘输入设置，可以对系统进行手动控制。
图2.2方案二框图2.2 方案比较与选择方案一中由普通光电传感器输出的电信号太微弱，需要经过放大器放大，这样就会产生工频干扰，影响到测量数据的准确性。
方案二中所采用的传感器是新型传感器，其内部集成了放大倍数可变的运算放大器，同时也含有抗工频干扰的电路。
因此无需外接放大电路，可以直接输出A/D采集电压范围内的电压值。
方案二可以使测量的准确性大大提高。
所以我们选用方案二作为我们的设计方案。
3 硬件电路单元模块设计3.1 特殊器件介绍3.1.1 AT89S52单片机AT89S52是使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80S51 产品指令和引脚完全兼容，是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。
在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得80C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
80S52具有以下标准功能：8位中央处理单元、8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。
另外，80S52可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
此外，80S52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。
在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。
掉电模式下，保存RAM 数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。
[1]、[2]、[3]、[4]3.1.2 光电传感器OPT101光电式传感器（Photoelectric Sensor）是以光为测量媒介、以光电器件为转换元件的传感器，它具有非接触、响应快、性能可靠等卓越特性。
光电式传感器的直接被测量就是光本身，即可以测量光的有无，也可以测量光强的变化。
然后通过对光电器件输出的电信号进行放大或转换，从而达到便于输出和处理的目的。
[9]、[10] 光电传感器模块主要是用来采集光信号。
并通过一定的关系和内部结构将光信号转换为相应的电信号。
能被A/D转换器识别。
为下一步的功能实现提供条件。
OPT101型传感器的性能特点：单电源供电:+2.7V~+36V光敏二极管尺寸：0.09*0.09in片内放大器反馈电阻：Rf=1MΩ光敏二极管响应：0.45A/W(650nm时)响应带宽：14kHz(Rf=1MΩ)静态电流：120uA封装型式：8-DIP，5-SIP和8脚表面贴焊封装三种工作温度：0~70度内部电路结构图：图3.1 OPT101型传感器内部结构电路图3.1.3 ICL7135双积分型A/D转换器ICI-7135是4位半双积分A/D转换芯片,可以转换输出±20000个数字量,有STB选通控制的BCD码输出,与微机接口十分方便。
ICL7135具有精度高(相当于14位A/D转换),价格低的优点。
其转换速度与时钟频率相关,每个转换周期均有：自校准(调零)、正向积分(被测模拟电压积分)、反向积分(基准电压积分)和过零检测四个阶段组成,其中自校准时间为10001个脉冲,正向积分时间为10000个脉冲,反向积分直至电压到零为止(最大不超过20001个脉冲)。
故设计者可以采用从正向积分开始计数脉冲个数,到反向积分为零时停止计数。
将计数的脉冲个数减10000,即得到对应的模拟量。
图3.8给出了ICL7135时序,由图可见,当BUSY变高时开始正向积分,反向积分到零时BUSY变低,所以BUSY可以用于控制计数器的启动／停止。
[6]图3.2 1CL7135时序3.2 单元模块设计3.2.1 AT89S52单片机系统模块设计图3.3AT89S52单片机系统模块电路图在单片机系统电路中，包括复位电路，时钟电路，LCD1602显示电路，MAX232电平转换电路，ISP下载电路，4个独立式按键。
时钟电路选择的晶振为12MHZ。
LCD1602可以显示16*2个字符，用于显示测得的光参数数据和相应的时刻。
由于单片机的电平逻辑是TTL/CMOS电平逻辑, MAX232是由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容RS232标准的芯片。
该器件包含2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。
选择MAX232芯片实现TTL电平与EIA电平的转换，通过RS232传输线可以与PC机实现串行通讯。
LCD1602是自带字符库的LCD液晶显示器，可以显示16*2个字符，此电路中由P0口控制读写的数据，P2.5-P2.7控制LCD读写。
[1]、[2]、[7]、[8]3.2.2 ICL7135 A/D转换电路模块设计经光电转换器OPT101输出的模拟电压信号由于传感器内部含有放大电路部分所以输出信号可以被ICL7135组成的A/D转换电路转换为数字信号，从而可以被MCU的后续电路处理。
A/D转换电路由ICL7135组成。
ICL7135是双积分型的AD，因有积分器的存在，积分器的输出只对输入信号的平均值有所响应，所以，它突出优点是工作性能比较稳定且抗干扰能力强。
双积分型A/D转换器的转换速度普遍不高(通常每秒转换几次到几百次),但是双积分A/D转换器具有转换精度高,廉价,抗干扰能力强等优点,在速度要求不高的实际工程中使用广泛。
[6]图3.4ICL7135A/D转换器3.2.3电源模块设计电源模块主要由模拟电源和数字电源两部分组成。
模拟电源对系统的模拟部分供电，而数字电源则负责为系统的数字部分提供电源。
模拟电源：模拟电源基本电路由基准比较器、误差放大器和闭锁电路组成，基本电路占用非常小的硅片面积，补偿和实现架构易于理解，以较低的成本实现高精度，低功耗，不受分辨率限制，没有系统抖动，控制权很少需要额外的供电电源等优点。
本模拟电源在变压器变压和电桥整流后电容滤波后由三端稳压器7805、7909将电源先转换为-9V~+9V的电源，然后再经过三端稳压器转换为-5V~+5V，为系统模拟部分提供电源。
[5]图3.5模拟电源电路图数字电源：数字电源特点：信息采用数字格式，监控简单。
数字引擎要求使用小尺寸处理工艺，简单的电骡配合通信功能只需占用非常少硅片，增加通信功能花费非常低。
模糊逻辑控制易于实现，一些额外功能对系统复杂度影响不大。
使用更少的元件数。
因为数字操作相对简单，所以更容易校准。
改变性能时不需要改变硬件，容易实现定时，可以达到很高精度。
数字电源是由经变压器变压和电桥整流电容滤波后再由三端稳压器7805转换为+5V的数字电源，为系统数字部分提供电源。
[6]图3.6数字电源电路图3.2.4键盘控制模块设计键盘控制模块主要由四个按键组成，KEY1的实现启动采集的功能，KEY2实现翻页功能，KEY3实现查看功能，KEY4实现显示时间的功能。
通过这四个功能按键就可以实现对系统的手动操作。
当系统出现状况时可手动控制整个系统使其能正常工作。
[6]键盘控制模块电路图如图3.7所示：图3.7系统静态功能按键图4软件设计4.1开发环境与语言设计使用的开发软件为Keil编程环境软件。
Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件。
Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。
设计采用的是使用最广泛的C51语言进行程序设计。
C51语言是一种结构化语言。
它层次清晰，便于按模块化方式组织程序，易于调试、维护和移植。
C51语言的表现能力和处理能力极强，能完成较大或较复杂工程的编写。
