【某光敏电阻特性测量系统调试及实验验证分析案例4300字】

某光敏电阻特性测量系统调试及实验验证分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u21574某光敏电阻特性测量系统调试及实验验证分析案例 1199951.1电路焊接与调试 1136461.1.1电路焊接 1261921.1.2硬件通电检查 3126461.1.3485通讯调试 3163831.1.4DAC模块调试 4261351.1.5ADC模块调试 5229961.1.6SPI模块及ADS1271调试 6310981.1.7IIC模块及BH1750调试 8253801.2整机调试 9247741.3实验验证 9150231.3.1暗电阻测量 9277721.3.2亮电阻测量 10124581.3.3光照特性测量 11系统整机调试及实验验证过程中主要使用万用表检查电路板上引脚的电压、示波器用于显示数据传输过程中的波形、XCOM串口调试助手显示测量结果。在进行系统调试时，逐一调试各个功能模块，验证各模块功能是否能够正常实现，最后再将各个模块组合在一起进行整机调试，通过实验验证电路是否能够实现在上位机控制下测量光敏电阻特性及显示测量结果的功能。1.1电路焊接与调试1.1.1电路焊接在开始系统调试前需要先完成电路板的焊接工作，在进行焊接时需要格外注意器件的极性和芯片的引脚顺序，根据器件的位置和大小合理的设计器件焊接的顺序。要将器件位置摆正并让焊锡充分包裹管脚保证焊点光滑圆润避免虚焊漏焊现象。另外焊接时要注意静电保护防止静电击穿器件。图1.1为焊接好的电路板照片。（a）光敏电阻测量电路板正面（b）光敏电阻测量电路板背面（c）LED光源电路板正面（d）LED光源电路板背面图1.1电路板照片1.1.2硬件通电检查在电路板焊接工作完成后就要进行的电路调试工作，其目的就是测试电路中各个模块能否实现其功能，保证电路板能够正常的工作。调试的第一步就是检查电路板的焊接，用万用表检查是否存在虚焊漏焊短路等情况，仔细检查电路板上器件极性以及芯片引脚顺序是否正确，确保焊接无误后才可以给电路板通电。通电后我们首先要仔细观察电路板上是否有器件发烫的现象，如果出现此现象需要及时切断电源避免烧毁电路板，然后逐点排查电路找到出问题的地方。解决异常后，使用万用表测量电源模块的输出电压是否准确并用示波器测量电路板上晶振的输出检验其输出的时钟信号频率。电路板上电检查无误后就可以进行下一步工作向单片机中烧录程序来测试电路各个功能模块是或否正常工作。1.1.3485通讯调试在各个功能模块的调试中首先进行485通讯调试，因为实现电路板与上位机之间的485通讯是后续调试中将测量结果等数据发送到上位机并使用串口调试助手查看的基础。第一步要检验发送功能是否正常，编写程序使电路板每秒发送指定数据0x0A到上位机，在串口调试助手上查看上位机是否接收到相应数据。若串口调试助手的接收窗口上每秒钟都接收到指定数据即可证明485通讯发送功能正常，如图1.2所示。图1.2485发送实验截图下一步就可以进行串口接收转发实验来验证485通讯的接收功能是否正常。编写程序使单片机在接收到上位机发来的数据时就读取接收到的数据并将其发送回上位机，如果在串口调试助手的接收窗口上得到发送的数据即可证明485通讯接收功能正常。调试过程如图1.3所示。至此验证了485通讯模块的接收发送功能正常完成了485通讯调试。图1.3485接收转发实验截图1.1.4DAC模块调试DAC模块调试中首先要测量DAC的输出的电压值是否准确，编写程序利用固件库函数设置写入DAC模块DHR寄存器中的数值，然后将程序在电路板运行使用万用表测量DAC输出的电压值，查看其是否与预期相等。DAC模块中输出电压与DHR寄存器中数据的关系如下：（4-1）式中VREF=3.3V，根据此关系式即可计算出DAC模块理论输出值，若万用表测量DAC模块输出引脚电压与理论值相符就可以进行下一步调试，测试上位机通过485通讯给电路板发送数据控制DAC输出电压的功能。测试程序需要将串口接收缓冲区的数据读出并使用固件库函数把串口接收到的数据写入DAC模块DHR寄存器中来实现上位机对DAC输出的控制。写好程序后下载到电路板中运行，仍然用万用表测量DAC输出引脚的电压值观察其与上位机发送的数据所对应的理论输出值是否相符。若多次发送不同的数据万用表测的的输出电压都符合理论输出电压就说明上位机发送数据控制DAC模块输出的功能可以正常实现。实验数据如表1.1所示。表1.1上位机控制DAC输出值实验数据上位机发送数据理论输出值(V)实际测量值(V)0x00000.00.010x026C0.50.490x04D81.01.000x07451.51.490x09B12.02.010x0C1E2.52.490x0E8A3.02.971.1.5ADC模块调试接下来进行STM32单片机内ADC模块的调试工作，编写程序使用ADC模块对光敏电阻阻值进行测量，将程序下载到电路板中打开Keil5的调试模式，将测量结果temp添加到窗口一中，在测量流程后设置断点然后运行程序得到ADC的测量值如图1.4所示，再用万用表测量光敏电阻阻值如图1.5所示，比较使用ADC和万用表两种测量方法得到的电压值，若二者一致则证明单片机ADC模块工作正常。图1.4ADC模块测量值图1.5万用表测量值1.1.6SPI模块及ADS1271调试在SPI模块的调试中，首先编写程序使SPI输出某种波形用示波器观察SPI发送引脚信号波形是否符合预设，若示波器显示波形与预设波形一致则SPI模块发送功能正常，可进行下一步ADS1271的调试工作。在ADS1271的调试中第一步需要用示波器观察其CLK芯片主时钟波形、DRDY引脚的信号波形、SCLK时钟信号波形以及数据传输波形如图1.6。通过对以上波形观察检验芯片主时钟频率是否正确、DRDY信号及SCLK信号是否符合数据手册、数据传输波形中的数据是否保持较稳定的状态。接下来就通过程序获取ADS1271的测量结果，并将结果发送到上位机在串口调试助手上显示，比较ADS1271测量结果与万用表测量结果，二者相符则SPI模块和ADS1271都可以正常实现其功能。（a）CLK芯片主时钟波形（b）SCLK时钟信号波形（c）DRDY引脚的信号波形（d）数据传输波形图1.6示波器观察ADS1271波形1.1.7IIC模块及BH1750调试IIC模块调试与SPI模块调试类似，都通过程序设置一定的数据输出，然后把程序下载并运行使用示波器观察输出引脚上的波形是否与预设相符。BH1750的调试过程则是编写程序实现STM32单片机通过IIC通讯发送指令控制BH1750进行测量和测量结果查询，运行程序并用示波器观察IIC通讯SDA线和SCL线的波形如图1.7所示，检验其是否符合IIC通讯协议、传输的指令数据是否正确、能否得到测量数据的波形。确认波形无误后，下一步编写程序让BH1750进行连续的测量并将实时的将结果通过485通讯发送到上位机在串口调试助手上显示如图1.8所示，运行程序后，对电路板上的光敏电阻进行遮光和照光的操作，通过观察串口调试助手上显示的测量结果是否随光敏电阻的光照环境变化来判断能否正确实现测量功能。图1.7单片机与BH1750进行IIC通讯的波形图1.8光照度测量数据随光照变化1.2整机调试完成电路板各模块测试后就要将光敏电阻测量电路板和LED光源电路板连接起来并设计合适的机械结构方便进行整机调试。如图1.9所示是最终系统整机调试时的电路连接。其中两块电路板分别固定在两块亚克力底座上，通过丝杠和丝杠上的螺母把光源电路板架设在测量电路板的正上方，使光源电路板上LED灯的位置正对着测量电路板上光敏电阻的位置。两根丝杆固定在下方光敏电阻测量电路板底座上，可以通过旋转丝杠使丝杠上承托LED光源电路板的螺母升降从而调节光源到光敏电阻的距离。图1.9整机调试电路连接图在系统整体调试中首先要将系统总体程序下载到电路板中，上位机依次发送各个命令控制电路板工作，观察LED光源工作状态并根据电路板返回的数据判断系统是否正常工作。第一步测试的是选灯命令，检查LED灯能否在上位机控制下正常熄灭亮起，接下来测试设置LED工作电流命令，观察LED灯是否随命令中DAC码的大小发生亮度变化。确认光源也能够正常工作后就可以进行实验来验证光敏电阻特性测量电路的测量效果。1.3实验验证1.3.1暗电阻测量首先测量光敏电阻的暗电阻，对光敏电阻进行遮光后，先在上位机上用串口调试助手给电路板发送的查询光照度指令，根据电路板返回的光照度值确保光敏电阻已经处于暗环境中，然后再发送暗电阻测量命令进行暗电阻的测量。电路板返回的暗电阻测量数据结果如图1.10所示。串口调试助手显示的是以10欧姆为单位的十六进制结果，经过计算得到光敏电阻暗电阻值测量结果数据如表1.2所示。图1.10光敏电阻暗电阻测量结果图表1.2光敏电阻暗电阻测量结果数据测量次数12345十六进制测量结果（10Ω）0x869E0x869F0x86A00x869F0x86A0暗电阻阻值（Ω）344620344630344640344630344640测量次数678910十六进制测量结果（10Ω）0x83920x869F0x86A00x866F0x86A0暗电阻阻值（Ω）3368203446303446403441503446401.3.2亮电阻测量光敏电阻的亮电阻测量流程如下：首先发送选灯命令，选择测量何种颜色光照下的亮点阻阻值，然后发送设置LED工作电流命令设置光源亮度，接下来发送查询光照度命令获取光敏电阻所受光照度，然后发送查询亮电阻阻值的命令进行测量。依次测量出八种颜色光照下光照度为10lx时光敏电阻的亮电阻值如表1.3所示。表1.3光敏电阻的亮电阻测量数据测量次数紫光蓝光绿光黄绿光黄光橘光红光白光亮电阻阻值（Ω）4900999010000100009860100009340100001.3.3光照特性测量本电路要测量的项目之一是光敏电阻的光照-阻值特性，实验目的是得到八种颜色光照下光敏电阻阻值随光照度变化的关系[39]。设计实验步骤如下[40]：第一步，在上位机上发送选灯命令选择测量何种颜色光照下的光照-阻值特性；第二步，发送设置恒流源电流档位命令，由于光照特性中主要是在有光照的条件下测量光敏电阻阻值因此恒流源要工作在输出大电流的档位；第三步，通过发送设置LED工作电流命令以及调节光源电路板与测量电路板的距离来调节光敏电阻所受到的光照度值，并且通过发送查询光照度命令获得光敏电阻当前所受的光照度，将光敏电阻所受光照度调节为10lx；第四步，发送查询亮电阻阻值的命令进行阻值测量，在上位机得到阻值测量结果；第五步：重复步骤三和步骤四，分别在20lx、30lx、40lx、50lx、100lx、150lx、200lx、250lx、300lx、350lx光照度下测量光敏电阻阻值；第六步：重复步骤一到步骤五完成紫、蓝、绿、黄绿、黄、橘、红、白八种颜色光照下光敏电阻阻值随光照度变化情况的数据测量；第七步：进行数据处理得到实验数据如表1.4所示，并绘制出8种颜色光照下的光照-阻值特性曲线如图1.12所示。表1.4光敏电阻光照-阻值特性实验数据光照度（lx）光敏电阻阻值（Ω）紫光蓝光绿光黄绿光黄光橘光红光白光10490099901000099909820100009360100002030409220999088207990822076808390302420819092107650687071306580712040209075308460690058506190549063305018806980795062305020530047705330601720654074905530456047304180482070161059607130490040704240377043708015105500682045003710388034703990901440514064904110342035903220373010013904830612038203170335030203490150122037204670277024402580231026902009803280373022302030215020002250250870281031901860175018501760196030081022502730161015601650159017703507602040233013701410149014701630图1.12光照-阻