传感器课程设计.doc

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： 20072726 姓 名： 姚亮 完成时间： 2009-12-30 至 2009-12-31 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 经万用表测量光敏电阻了解到光敏电阻阻值与光照强度撑反比，也就是说光照越强电阻值越小，光线越暗电阻值越大。 光照强度较强时，光敏电阻的阻值很小，发光二极管LED2、LED1都亮。 光照强度一般，如在室内日光灯下时，电阻值增加，这时发光二极管LED2亮，LED1不亮 当把光敏电阻放在无光的环境下测电阻值时，电阻值相当的大，这时LED2、LED1都不亮 光线的变化引起了光敏电阻电阻值的变化，通过设计可以通过三个发光二极管的亮与不亮，来判断当时环境的光线的强弱。 LED3用来测试电路是否能够正常工作，R4为保护电阻。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。二、 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。三、 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）1、功能：通过滑动变阻器的阻值变化来实现分压的不同，用滑动变阻器的阻值滑动变化来替代光敏电阻在不同光照下的不同阻值，通过改变电阻得到的不同分压值与3554BM放大器的比较电压相比，通过比较来实现放大器输出的是高电平还是低电平，接着在放大器的输出端接上发光二极管及限流电阻，最后通过发光二级管的发光情况来判断当时环境的大概光照强度。最后达到设计要求。2、主要器件的指标：发光二极管：额定电压1.66V 额定电流5mA3、电路的结构组成方框图光照强度自动检测显示报警系统分压电路比较电路二极管发光电路4、各部分单元电路间关系（1）分压电路部分U1=1.8/(1.8+R5)*12,由U1的计算可知，当滑动变阻器的阻值发生改变是U1的分压值也随之一起改变，我的设计中用滑动变阻器替代了光敏电阻元件，也就是说滑动变阻器阻值的改变就等效为光敏电阻在不同光照条件下所对应的电阻值。通过分压电路为下面的发光电路提供输入电压。LED3为正常工作指示灯。（2）发光电路部分3554 BM放大器由u1提供输入电压，再为比较器设定一个比较电压，通过比较输入电压与设定的比较电压的大小来判断3554 BM放大器输出的是高电平还是低电平。通过输出的高低电平来决定发光二极管的发光情况。由设计电路可知：当U19v时，U1也大于0.2V，所以放大器U1A，U2A都输出高平电压，又由于发光二极管是正向导通，即输入高电平时发光二极管发光，当输入是低电平时发光二极管不发光。所以当U19V时，LED1，LED2都发光。当9VU10.2V时，放大器U1A，输出为低电平，放大器U2A，输出为高电平，根据发光二极管的特性，LED1不发光，LED2发光。当U10.2V时，放大器U1A，U2A都输出低电平，根据发光二极管的特性，LED1，LED2都不发光。由于当电路损害时LED1，LED2也都不发光，所以接入LED3作为工作指示灯。但是由于发光二极管的自身特性，在发光电路中增加了一个限流电阻，这个限流电阻给发光二极管起到了保护作用，使之不会烧坏。5、单元电路方案设计考虑通过对整个电路各部分单元关系分析可以知道发光电路部分受分压电路的影响，不单单是这样，设计出来的电路还必须所有元件的参数指标，这里的元件就有3554BM放大器和发光二极管，还有为了保护发光二极管不使它烧坏，所以选择的限流电阻也比较重要，还有为发光二极管提供电流的电路选择也很重要，不然发光二极管会因为达不到运行电流而不工作。每个单元与每个单元间都有着相互的联系，不能少了任何一部分，哪怕就是少了一点整个电路也可能就不能正常工作，而达不到设计要求四、 电路中各元器件选型和参数计算1、用万用表测得光敏电阻在不同光线条件下的电阻值：直接在太阳光的照射下：626欧室内较暗的地方：6k欧黑衣服完全遮住光敏电阻：107k欧由光敏电阻设计出来的电路如下，其中光敏电阻用滑动变阻器替代了，即滑动变阻器即为光敏电阻：由于当光敏电阻电阻值改变时，U1的电压值就随之改变，设计电路中的滑动变阻器阻值的改变就是光敏电阻阻值的改变，两者是等效的。当U1大于V1=9v，V2=0.2v时，两个放大器U1A,U2A输出的均为高电平，当U1小于V1=9v，V2=0.2v时，两个放大器U1A,U2A输出的均为低电平，通过高低电平的输出从而知道发光二极管的发光情况，从而可以看出设计电路是否符合设计要求。 参数计算如下：U1=1.8/(R5+1.8)*12（1）当R5在0 0.6k欧时V1=9v1.8/(R5+1.8)*12=9vV2=0.2v1.8/(R5+1.8)*12=0.22vV2=0.2v1.8/(R5+1.8)*12=0.19vV2=0.2v1.8/(R5+1.8)*12=0.19v由以上计算可知发光二极管LED3亮.而发光二极管LED1与LED2都是不发光的。根据计算可以知道光敏电阻分为三个不同的范围：1） 发光二极管LED1,LED2, LED3发光：0 10K欧2）发光二极管LED1不发光而LED2，LED3发光亮：10k欧 100k欧3）发光二极管LED3发光，而LED1,LED2均不发光：100k欧 200k欧其中将0 10k欧归类为光敏电阻在明亮的光线环境下的电阻值，10k欧 100k欧归纳为光敏电阻在光线正常的下的电阻值，而100k欧 200k欧则归纳为光敏电阻在昏暗环境下的电阻值。所以可以通过以上的计算来分析得到整个电路各个部分的参数。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、对设计类课程的建议）。大学第一次课程设计就这样结束了，感觉意犹未尽，现在回想起来课程设计前的担忧完全是没必要的。以前认为课程设计是一项特别专业的东西，现在在老师的带领下我们也完成了自己的课程设计，增强了自己的自信心。课程设计是培养我综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节。此次课程设计让我们学到了很多东西，当从理论到实际的时候，没一个步骤要做到脚踏实地，严谨认真。在此要感谢姚老师对我们的负责，发现我们的问题，及时提出让我们得到改正，学到课程以外更多的东西。通过此次课程设计，虽然我们应该建立更多的自信，但是我们更应该认识到自己存在的问题，实际不同于理论，要认真做好每一步，不能急于求成，要脚踏实地。像我刚刚开始的时候，急于求成犯了些低级错误。应该充分认识并且加以改正。课程设计就这样来的快，走的也快，在还对他畏惧中就结束了，让人感觉意犹未尽。此次课程设计给我们更多信心，也让我们体验到了理论与实际的不同，发现实际中更多的问题，为我们以后走出校园打下一个基础。六、主要参考资料电子技术基础（模拟和数字两部分） 华中科技大学电子技术课程组编 主编：康华光 高等教育出版社 2002七、附件1：仿真结果（如：测试数据、波形等）（附页1）八、 附件2：元器件清单及成本估算（附页2）附件1：仿真结果（1）当