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1、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： 20093494 姓 名： 王军 完成时间：2011 年 12 月 5 日至 2011 年 12 月 11 日 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一、 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。二、 设计任务要求：设计一个光
2、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。1、方案的设计1）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；2）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；3）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） ；4）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；5）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
3、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） ；6）设计结束后，进行仿真调试。2、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。三、 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
4、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。四、 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 K,在自然光下，电阻
5、值为 16.9 K，在弱光条件下，电阻值为 68.6 K.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 显示电路报警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
6、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：灯泡控制电路U1ALM339AM543212U2ALM339AM543212U3ALM339AM543212LED1LED2LED3VDD12VVDD12VVDD12VVE-12VVE-12VVE-12VVEVEVDDVDDVDDVEVCC5VR14.7kR22kR3510R410kR568kR6100kKey=A65%468R73k9 75 X15V_1WKK1EDR201A05VSS1.6VVSS10VCC5VVCCU4BUZER200 Hz 0U5A74LS11N312R8200LED4120VCC11值 值 8,值 值
7、2V: 0 V V(值 -值 ): 0 VV(值 值 值 ): 0 V V(值 值 ): 0 VI: 0 A I(值 -值 ): 0 AI(值 值 值 ): 0 A I(值 值 ): 0 A值 值 : 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
8、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(10510 6小时)；调制方便、光输出响应速度比较（1100 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
9、 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电阻：作为光敏电阻的滑动变阻器：100 K选用电阻的型号为精度为 1%的金属膜电阻。电路中所需电阻：200、510、2 K、3 K、4.7 K、10
10、K、68 K发光二极管：产品名称：3 系列发光二极管。产品型号：ar365222303。蜂鸣器：5V 有源蜂鸣器 12mm*6mm 超薄分体 YMD-12065继电器：EDR201A05比较器：LM339N参数计算：测得三种光照强度下的光敏电阻阻值：5.1K16.9K,16.9K68.6 K,68.6K。设置与光敏电阻串联的 R5=68K,R7=3K。1、当强光条件下，满足 R8R 分压R3R 分压,此时两个发光二极管发光 3、在弱光条件下，R6=68.6 K，满足 R8R 分压R3R 分压(R3+R2)R 分压。4、当 R8171kR3R 分压(R3+R2)R 分压(R1+R2+R3)R 分
11、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 K, R2=2 K，R3=510，R4=,10 K。五、 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、进一步设想） 。一周的课程设计就要结束了，通过本次传感器应用课程设计，使我更加熟悉和掌握了传感器的应用和电子电路设计的技巧，对传感器有了更深层次的理解，同时也明白知识需要自己主动去学习，通过灌输而得到的知识利用率并不高，只有想学、去学、才能学到知识。这次课程设计也锻炼了我的耐心。经过一周的努力，最终设计出来一个能够对光照强度检测显示报警和控制的电路。它通过光电式传感器将光信
12、号转换为电信号，再通过三个比较器把电信号分成了三档，分别为强、中、弱，而所代表的光照强度为弱、中、强。当光照强，点亮三个发光二极管并伴有报警；当光照中，点亮两个发光二级管；当光照弱，点亮一个（很暗，则全灭）点亮灯泡作补偿光。这次课程设计中，我了解了光电类传感器的使用，电路的设计。学会了电路仿真软件 Multisim 和原理图电路设计及 PCB 板设计软件Protel99 的使用。但同时也意识到自身存在的不足，发现自己在独立设计电路方面还存在一些问题。了解到了自身的不足，我觉得数电和模电知识相当重要，在以后的学习中我会着重这两块进行提高，弥补自身的不足。六、 主要参考资料1 康光华. 电子技术基
13、础.模拟部分.M 北京：高等教育出版社，2006.12 康光华. 电子技术基础.数字部分.M北京：高等教育出版社，2006.13 聂典，丁伟. Multisim10 挤塑机仿真在电子设计中的应用.M 北京：电子工业出版社，2009.74 传感器的原理及工程应用（第三版）M西安电子科技大学出版社2008.7七、 附件 1：整机电路原理图54231UALM976B8CD二KR0kVGNEY-SPT+.&JOW八、 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U1ALM39AM543212U2ALM39AM543212U3ALM39AM543212LED1LED2
14、LED3VD12VVD12VVD12VVE-12VVE-12VVE-12VVEVEVDVDVDVEVC5VR14.7kR22kR3510R410kR568kR610kKey=A0%468R73k9 75 X15V_1WKK1EDR201A05VSS1.6VVSS10VC5VVCU4BUZER20 Hz 0U5A74LS1N312R820LED4120VC1值 值 8,值 值 2V: 5.0 V V(值 -值 ): 0 V V(值 值 值 ): 0 VV(值 值 ): 5.0 V I: 50.0 mA I(值 -值 ): 0 AI(值 值 值 ): 0 A I(值 值 ): 50.0 mA 值
15、值 : 自然光下，两个二极管发光U1ALM39AM543212U2ALM39AM543212U3ALM39AM543212LED1LED2LED3VD12VVD12VVD12VVE-12VVE-12VVE-12VVEVEVDVDVDVEVC5VR14.7kR22kR3510R410kR568kR610kKey=A20%468R73k9 75 X15V_1WKK1EDR201A05VS1.6VVS10VC5VVCU4BUZER20 Hz 0U5A74LS1N312R820LED4120VC1值 值 8,值 值 2V: 0 V V(值 -值 ): 0 V V(值 值 值 ): 0 VV(值 值 ): 0 V I: 0 A I(值 -值 ): 0 AI(值 值 值 ): 0 A I(值 值 ): 0 A 值 值 : 弱光下，一个二极管发光，灯泡发光来补偿U1ALM39AM543212U2ALM39AM543212U3ALM39AM543212LED1LED2LED3VD12VVD12VVD12VVE-12VVE-12VVE-12VVEVEVDVDVDVEVC5VR14.7kR22kR3510R410kR568kR610kKey=A5%468R73k9 75 X15V_1WKK1EDR201A05VSS1.6VVSS10VC5VVCU4BUZER20
