传感器课程设计.docVIP

附录一： 天津商业大学自动化专业2009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报警控制 系统设计 学 号： 姓 名： 王军 完成时间：2011年12月5 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 光照强度自动检测显示报警系统的设计，也就是设计电路实现对于光照强度的检测、显示、报警、控制这四个功能。其中当然也涉及到对光敏电阻的光照特性的了解和分析。电路主要通过点亮发光二级管的个数来判断光照强度，当光照过强是报警，当光照太暗时使灯泡点亮。 设计任务要求： 设计一个光照强度自动检测、显示、报警、控制系统，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，并实现对光照强度的自动控制。 方案的设计 根据题目自行选定光照强度自动检测所用的光电传感器类型； 根据人眼对光强的感应程度划分弱光、强光、适中三种情况下的光强范围，确定不同光照条件下光电传感器的输出范围； 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的检测、显示、报警、控制系统方案的论证和设计（方案不唯一）； 完成光照强度自动检测、显示、报警、控制系统电路方框图、电路原理图的设计； 完成光照强度自动检测、显示、报警、控制系统中核心芯片的选型、系统中元件参数的计算（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 1) 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； 2) 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、模拟电子线路中二极管、三极管特性，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、门电路特性，模拟开关、计数器等知识；传感器技术中的光电、气敏、湿敏、热敏等传感器原理及应用；测控电路，单片机原理及应用；电机拖动等知识。 2、设计工具 电子电路EDA仿真软件：Workbench（Multisim2001）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） 课题的功能及指标分析 课题需要我们设计的光照强度自动检测显示报警控制系统，能够对外界三种不同条件下光照强度做出感应，并且通过发光二极管亮的个数显示出来。我们选用光敏电阻作为检测光照强度的传感器，在光强的时候，光敏电阻阻值减小，光弱的时候，光敏电阻阻值增大。在实验前我们测的光敏电阻在强光条件下，电阻值为5.1 KΩ,在自然光下，电阻值为16.9 KΩ，在弱光条件下，电阻值为68.6 KΩ.根据要求，我们运用电压比较器比较电阻分压的变化，通过观察发光二极管亮的个数来得出光照是强还是弱以达到自动监测显示的目的。当处于弱光状态时点亮灯泡，强光状态报警启动。 电路的结构组成方框图 光电式传感器 测量电路 显示电路 灯泡控制电路报警控制电路 灯泡控制电路 各部分单元电路间关系 光敏电阻所代替的光电式传感器在总电路中起到光照信息的接收和电信号的输出功能，为测量电路提供电信号，电信号通过测量电路由LED显示电路模块显示出来，电信号越大所代表的光照强度越小，显示电路点亮的发光二级管数越少。同时测量电路输出的电信号也控制着报警电路和灯泡电路。当光照强度大电信号小时，启动报警电路，当光照强度小电信号大时，点亮灯泡。 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