传感器原理及应用课程设计说明书(I).doc

附录一：天津商业大学自动化专业2007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： 20072713 姓 名： 张耕溥 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一、 题目的认识理解在现代社会中，光强的自动检测对人们的生活越来越重要也带来了很多便利，因为人类用肉眼不能直接具体的观察出光照的强度，使一些对光照强度要求很高的项目变得困难与麻烦，而通过指示灯来间接反映光照的强度的方法不仅直观而且方便准确，节省了大量的物力，人力和财力。所以能设计出一套能够通过指示灯来判断光照强弱的电路是锻炼我们大学生能够独立完成实验项目的一大挑战与机会。二、 设计任务要求：设计题目：自然光光照强度自动检测显示（报警）系统设计主要要求：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）备注：报警功能选作。1、 方案的设计1） 根据题目选定光照强度自动检测所用的光电传感器类型；2） 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；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，完成至少三种以上不同光照条件下显示报警系统方案的论证和设计；4） 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；5） 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）；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（利用PROTEL软件做出原理图SCH文件和PCB文件）。3、完成课程设计报告。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、模拟电子线路中运算放大器、比较器、功率放大器等知识，数字电子线路中开关特性及数字信号等知识，传感器技术中的光电传感器原理及应用、测量电路等部分知识。2、设计工具电子电路EDA仿真软件：Workbench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）我的设计思路是用一个12V电源做供压源，再用三个1K的电阻对它分压，并将分得的压降接到放大器的正输入端。同时将滑动变阻器（光敏电阻）并连到12V电压上，并且在两个放大器的负输入端分别接入一个与光敏电阻分压的固定电阻，这样放大器的两个正输入端自上而下分别分得的压降为9，6，。他们分别与负输入端的电压进行比较，如果正输入端电压大于负输入端电压则输出高电平反之则输出低电平。当强光照时，光敏电阻阻值很小，则负输入端分压电阻分得的压降很大，所以负输入端的电压大于正输入端电压，输出低电平所以LED1和LED3都不亮，而反向接的LED2点亮。当光照适宜时，光敏电阻阻值适中，调整到使其分压电阻的压降大于6V而小于9V，则第一个放大器的正输入端压降大于负输入端压降输出高电平而第二个放大器的正输入端压降小于负输入端压降输出低电平。则与第一个放大器相接的LED3亮，反向的LED2以及LED1暗。当黑暗是，光敏电阻阻值很大，负输入端分压电阻压降很小远远小于两个放大器的正输入端，所以两个放大器输出的都是高电平。则LED1和LED3亮而反向接的LED2暗。为了能够在黑暗时报警，在两个放大器输出端各引出一端进行逻辑与运算，只有当两端都输出高电平时报警器才为高电平工作。即黑暗时报警功能的实现。 光照发生变化 光敏电阻阻值改变分压电阻压降改变放大器 正输入端小于负输入端正输入端大于负输入端 高电平 正负输入端低电平进行比较五、 电路中各元器件选型和参数计算电阻的参数计算，因为我在光照时测得光敏电阻的阻值为1.8K，在普通情况下测得阻值为17.5K以及在黑暗中测得的阻值为238K。根据我上述的实验原理可确定分压电阻的阻值范围，计算方法如下:12x/(2+x)9,解得x6,612x/(20+x)9,解得20x60,由上所得20x60.根据实际的电阻阻值我选择了比较适中的阻值47K。我选择的放大器为LF353P放大器主要参数如下：最大工作电压最低工作电压失调漂移输入失调电压输入偏置电流共模抑制比关断噪声电压36V7V1010MV200PA70dBNO18光敏电阻参数：光敏电阻器种类： 1）按制作材料分类：多晶和单晶光敏电阻器，还可分为硫化镉（CdS）、硒化镉(CdSe) 、硫化铅(PbS)、硒化铅(PbSe)、锑化铟(InSb) 光敏电阻器等。光敏电阻器的主要参数1）亮电阻（k）：指光敏电阻器受到光照射时的电阻值。我的大约2K2）暗电阻(M)：指光敏电阻器在无光照射（黑暗环境）时的电阻值。我的大约200K3）最高工作电压(V)：指光敏电阻器在额定功率下所允许承受的最高电压4）亮电流：指光敏电阻器在规定的外加电压下受到光照射时所通过的电流。5）暗电流(mA)：指在无光照射时，光敏电阻器在规定的外加电压下通过的电流。6）时间常数（s）：指光敏电阻器从光照跃变开始到稳定亮电流的63时所需的时间。7）电阻温度系数：指光敏电阻器在环境温度改变1时，其电阻值的相对变化。8）灵敏度：指光敏电阻器在有光照射和无光照射时电阻值的。其广泛应用于各种自动控制电路（如自动照明灯控制电路、自动报警电路等）、家用电器（如电视机中的亮度自动调节,照相机的自动曝光控制等）及各种测量仪器中。与门元件：NC7S08_3V。蜂鸣器（报警器）：f=200HZ金属膜电阻：3个1K，2个47K滑动变阻器（代替光敏电阻）：200K供电电源：VDD:12V VEE:4V VCC:-4V六、 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、对设计类课程的建议）。设计的目的：我在这次课程设计中所设计的电路是通过三个LED灯的明暗变化来反映光照强弱的变化，从而达到监控的目的。这种电路在现代生活中是十分必要也是十分常见的。本人完成情况：在规定时间内完成老师布置的任务，并且在通过老师审核之后觉得自己电路还存在一些不足比如无报警系统和全灭状态的出现，在老师的指点下对电路进行完善，同时自身增长了知识。本人在此次设计中的收获与不足：通过这次传感器的课程设计我受益匪浅，以前总是觉得自己想的认为可以就真的可以，但通过做这次课程设计让我了解到自己动手得到的现象与自己原本所想的有时会相差很多，比如在做这次设计的过程中我院来设计的使用数电的逻辑门电路来实现对LED灯的控制，但是当在仿真的过程中我反复进行调试，检查门电路连接是否正确，却始终不能得到自己预期的现象，后来我考虑到也许门电路输出的电压会太小导致LED灯不能正常工作，查阅相关资料虽然并未找到相关结果但是掌握了很多数电课程中没有学到的知识，拓宽了我的眼界。想象与实际真的相差很多，在工作期间，虽然有的步骤很繁琐却同时有着很多的乐趣，当我的实验成果真正达到我预期的效果时自己的内心真的是既有成就感又很兴奋我对设计类课程的建议：我希望以后能够多举行一些这样有意义的课程设计，能让我们更好的理解与掌握平时上课不可能知道的知识。也让我们自己认为的并不是就真的能够实现，而是要通过实验来验证能不能行。也可以告诫同学们以后要多动手不能死读书，理论联系实际，切勿眼高手低，这样才能提高自己的能力与自身的价值。七、 主要参考资料1 郁有文. 传感器原理及工程应用. 西安：西安电子科技大学出版社，2008.2 康华光. 电子技术基础（模拟部分）. 北京：高等教育出版社，2005.3康华光.电子技术基础（数字部分）.北京：高等教育出版社，2005八、 附件1：整机电路原理图（附页1）九、 附件2：仿真结果（如：测试数据、波形等）（附页2）十、 附件3：元器件清单及成本估算（附页3）元器件单价部分总价运算放大器LF353P0.9元1.8元发光二极管LED灯5MM0.080.24元有源蜂鸣器YMD-12095-1型0.6元0.6元光敏电阻一个0.8元0.8元配套导线0.2元0.2元金属膜电阻（三个1K，两个47K）0.8元0.8元逻辑与门NC7S08-3V0.6元0.6元总价5.04元注：1、上述文件A4纸打印后填写、距离左侧1CM