传感器光照强度自动检测显示系统设计.docVIP

附录一： 天津商业大学自动化专业200级 传感器原理及应用课程 设计说明书 设计题目：光照强度自动检测显示系统设计 学 号： 姓 名： 完成时间：至 总评成绩： 指导教师签章： 设计题目：光照强度自动检测显示系统设计 题目的认识理解 设计任务要求： 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（弱、适宜、强）光强的分档指示报警方案的设计 根据题目选定光照强度自动检测所用的光电传感器类型； 弱、强三种，不同光照条件下光电传感器的输出； 传感器测量电路采用集成运算放大器构成的比较器完成，完成至少三种不同光照条件下显示报警系统方案的论证和设计； 完成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； 完成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）； 设计结束后，进行仿真调试。仿真调试方案利用Workbench或Pspice等软件仿真，得出主要信号输入输出点的波形，根据仿真结果验证设计功能的可行性、参数设计的合理性； 给出系统整机电路图。设计所需基础知识及工具 1、基础知识 电路理论中电阻电路的分析、模拟电子线路中运算放大器、比较器、功率放大器等知识数字电子线路中数字信号知识传感器技术中的光电原理及应用测电路等知识。 设计工具电子电路EDA仿真软件：WorkbenchMultisim2001）或Pspice 电子线路设计软件：Protel99SE。方案设计及其论证（包含课题的功能与指标分析、电路的结构组成方框图、各部分单元电路间关系、单元电路方案设计考虑） 电路的结构组成方框图 报警控制电路 各部分单元电路间关系 单元电路方案设计考虑 选用运算放大器作为比较器，因为要设置强中弱三档所以用到三个比较器，比较器的一端接入一个参考电阻，另一个端口接入光敏电阻。用一个滑动变阻器来代替实际的光敏电阻，用以模拟实际关照强度光敏电阻阻值变化。当“+”端电压高于“-”端电压时，输出为高电平，输出端连接的发光二极管就会发光。反之，输出为低电平，发光二极管不导通，不发光。由于发光二极管只有在正向偏置下，半导体PN结或与其类似的结构才能够发出可见光或近红外光，在低压、小电流下工作, 功耗小、体积小、可直接与固体电路连接使用；稳定、可靠、寿命长(105～106小时)；调制方便、光输出响应速度比较（1～100兆赫）；价格便宜。所以在实验中选用发光二极管来作信号显示器，来显示光照强度的强弱。 接入正负12伏直流电源给比较器，总电路由5伏直流电源供电。三个比较器输出端通过三输入与门接入蜂鸣器，当光照增强时，光敏电阻阻值减小，分压小，三个比较器正极电压都大于负极电压时都输出高电平三个发光二极管导通，发光，驱动与门使蜂鸣器报警。当为自然光时，两个发光二极管亮。当光照减弱，光敏电阻增大，一个二极管发光（当黑暗时三个都不发光），此时用一个灯泡发光来补偿弱光。 五、电路中各元器件选型和参数计算 5V有源蜂鸣器 12mm*6mm 超薄分体 YMD-12065EDR201A05 比较器：LM339N 参数计算： 测得三种光照强度下的光敏电阻阻值：5.1KΩ～16.9KΩ,16.9KΩ—68.6 KΩ,68.6KΩ。 设置与光敏电阻串联的R5=68KΩ,R7=3K。 1、当强光条件下，满足R8／R分压R3／R分压(R3+R2)／R分压(R1+R2+R3)／R分压时三个发光二极管发光，此时另R3=12 KΩ，将R8＝5.1代入 2、在自然光下不发光，R6＝16.9 KΩ，满足R8／R分压 (R3+R2)／R分压(R1+R2+R3)／R分压，R8／R分压R3／R分压,此时两个发光二极管发光 3、在弱光条件下，R6=68.6 KΩ，满足R8／R分压(R1+R2+R3)／R分压, R8／171kΩR3／R分压(R3+R2)／R分压。 4、当R8／171kΩR3／R分压(R3+R2)／R分压(R1+R2+R3)／R分压 （R分压=R1+R2+R3+R4） 只要满足上述条件就好 经过处理，取R1=4.7 KΩ, R2=2 KΩ，R3=510Ω，R4=,10 KΩ。 设计总结（包括对设计的目的和意义的认识、本人完成情况、设计中的主要收获和不足、）。 主要参考资料 附件1： 整机电路原理图 附件2： 仿真结果（如：测试数据、波形等） 强光下，三个发光二极管发光，蜂鸣器报警 自然光下，两个二极管发光 弱光下，一个二极管发光，灯泡发光来补偿 九、附件3（PCB图） 十、附件4 元器件