基于单片机的光照度传感器设计-毕业设计

编号：审定成绩：重庆邮电大学毕业设计（论文）设计（论文）题目：基于单片机的光照度传感器设计学院名称：通信与信息工程学院学生姓名：***专业：通信工程班级：学号：指导教师：***答辩组负责人：填表时间：年月重庆邮电大学教务处制重庆邮电大学本科毕业设计（论文）-I-摘要在科学技术迅猛发展的现代，作为信息获得的一种重要途径——传感器技术得到广泛的应用，其在各个行业中发挥着不可替代的作用，同时对传感器的要求与要求显著提高。传感器技术对于一个国家的科学发展水平有着重大的决定性作用。因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。传感器可以方便的将检测到的模拟信号转化为便于运算处理的数字信号，在现在社会中得到了广泛的运用。本设计采用光敏电阻为光传感器，光敏电阻阻值随光照强度的变化而变化（入射光强，电阻减小；入射光弱，电阻增大），利用光敏电阻的光照特性完成光强的检测。该设计可分为三部分：即光照检测部分、信号处理部分、光强显示部分。具体方法是将光敏电阻与一定值电阻串联接入电路，光照强度的变化会引起光敏电阻阻值的变化，从而影响电路电流及电压值的分布，将模拟电压通过ADC0804模数转换器转换为数字电压，通过VC语言编程，将其集于单片机AT89C51中进行处理，并将其通过液晶屏显示出来。本设计电路结构简单，成本相对较低，通过对光敏电阻阻值的变化的运算处理，从而检测不同的光照强度，实用性较强。【关键词】光照强度传感器A/D转换单片机重庆邮电大学本科毕业设计（论文）-II-ABSTRACTWiththescienceandtechnologydevelopingrapidlytoday,asameansofobtaininginformation——thesensortechnologygottheremarkableprogress,itsfieldapplicationisgettingmoreandmorewide.Also,itsstandardhasbeinghigherandhigheranditsdemandhasbeingmoreandmoreurgent.Thesensortechnologyhasbecomeoneoftheimportantmarksofthenationalscienceandtechnologydevelopmentlevel.Therefore,itisveryimportanttounderstandandgraspthebasicstructureofallkindsofsensors.Sensorscaneasilytransformtheanalogsignalstodigitalsignalswhichisfacilitatecomputinganditshasawiderangeofapplicationinsociety.Theprojectusephotoconductiveresistanceasasensoroflightintensity,thetoleranceofthephotoconductiveresistancechangeswhenthelightintensitychanges(theincidentlightstrong,resistancedecreased;theincidentlightweak,resistanceincreased).Theprojectcanbedividedintothreeparts:testingpart,processingpartanddisplayingpart.Theconcretemethodsistakingaphotoconductiveresistanceandacertainvalueresistorinaseriesaccesscircuit,thetoleranceofthephotoconductiveresistancechangeswhenthelightintensitychangesthenthevoltagechanges.WeusetheADC0832totransformtheanalogsignalstodigitalsignalsandusingAT89C51toprocessingthedatathroughprogrammingwithVisualC,thendisplaytheresultthroughLCDscreen.Thedesignhasasimplecircuitstructure,relativelylowcostandwecaneasilyknowthechangeofthlightintensitythroughthechangeofthetoleranceofthephotoconductiveresistance.【Keywords】LightintensitySensorA/DconversionMicrocontroller重庆邮电大学本科毕业设计（论文）-III-目录前言……………………………………………………………………………………1第一章传感器相关知识介绍……………………………………………………………2第一节传感器概述……………………………………………………………………2第二节光敏传感器……………………………………………………………………3第三节传感器的发展…………………………………………………………………6第二章整体框架设计…………………………………………………………….7第一节硬件框架设计………………………………………………………………7第二节芯片型号选择………………………………………………………………8第三章A/D转换原理与实现…………………………………………………………11第一节A/D转换工作原理…………………………………………………………14第二节ADC0832芯片简介………………………………………………………17第四章硬件电路与程序设计…………………………………………………………21第一节复位电路模块设计………………………………………………………21第二节时钟电路模块设计………………………………………………………22第三节A/D转换模块设计………………………………………………………25第四节LCD显示模块设计………………………………………………………27第五章硬件仿真实验…………………………………………………………………30结论…………………………………………………………………………………31致谢…………………………………………………………………………………32参考文献…………………………………………………………………………………33附录…………………………………………………………………………………34一、英文原文……………………………………………………………………………34二、英文翻译……………………………………………………………………………39三、硬件电路图…………………………………………………………………………43四、源程序………………………………………………………………………………441前言人们通过感觉器获官得各种信息，然而对于自然规律和各种学科产业的研究开发，人们自身的器就力不能及了，因此传感器应运而生，主要就是为了解决这些人们自身器官所解决不了的问题的。首先要准确可靠的获取信息才能对其进行运算处理，传感器就可以方便的解决这一问题。现代化生产在一定程度上来说是建立在传感器的基础上的，没有传感器便不能及时监控工作生产中的各项参数，于是便不能及时了解各个生产线的工作状态，更不能及时处理相关的应急情况，因此传感器在现在社会生活中扮演着不可或缺的重要角色。传感器的重要作用不仅表现在生产生活方面，在各个基础学科的研究方面，也起着重要的作用。对于许多新兴的领域的学科研究：比如在对上远距离宏观宇宙的观察，微观上对粒子世界的研究；对于千万年前天体运行演化的研究，以及对及时事件的瞬间反应。除此之外，传感器技术对于物质认识的深化，能源开拓等新技术有着重要的引导作用，为这类产业的发展提供了技术上的可能性。人类的直接感观是没有办法取得这类信息的，如果没有相应的传感器技术，那么对于此领域的研究将不再可能。许多学科研究的困难之处就在于难于有效的获取相应的信息，传感器的出现便解决了这和问题，打开了许多基础学科研究的大门。因此，传感器技术的不断创新会为一些其他领域的发展打开一记扇新的大门。由此不难发现，传感器技术的发展对于经济社会，基础学科的发展有着很大的推动作用，是各行业不可缺少的最基本部分。由此可见，传感器技术对于当今科技飞速发展而言，具有着不可替代的作用。2第一章传感器相关介绍第一节传感器概述一、传感器的定义传感器是现实生活中的力、光、电、声音、温度等模拟量转换为数字量的一种媒介；也可以理解为传感器是接收日常生活中的力、光、电、声音、温度等模拟量，经过相应的运算处理，按照一定的规律，将其转换为可参处理运算等要求数字信号的一种器件。它是自动检测与控制中的核心部分，其功能不可替代。二、传感器的特性传感器的输入与输出的关系，称为传感器的特性，一般情况下包括静态与动态两种。顾名思义，静态特性是指传感器的输入与时间无关，即指传感器的输入输出量是在被测量量处于稳定状态下进行的。与之相反，输入随着时间不断变化的特性称之为动态特性，它可以拟就传感器的输入与输出的实时变化关系。一般来说，可以用微分方程式来描述这种关系，当微分方程中只有零阶方程不为零时，便可得到其静态特性，因此传感器的静特性是其动特性的一个特例。除此之外，使用条件、使用环境、使用要求等也可作为传感器的特性描述。三、传感器的组成一般来说，传感器主要由敏感元件，传感元件和其他辅助元件构成。组成一个完整的传感器系统还包括信号调节与转换电路、辅助电源等部分，如图1.1所示图1.1传感器的组成敏感元件：直接接触被测量量的器件，并可以将外界的模拟量按照一定规律进行转换。转换元件：负责接收敏感元件的输出，并将其转换成相应的电路参数。转换电路：将转换元件输出的电路参数进行运算处理，转换成数字量输出。3第二节光敏传感器一、光照强度相关知识光照强度:是指光照的强弱,它以单位面积上所能接受可见光的能量来量度。简称为照度，单位为勒克斯（Lux或Lx）。被光线均匀照射的物体，在1平方米上得到的光通量是1流明时，此时的照度是1勒克斯。流明为光通量的单位。二、光敏传感器的定义光敏传感器是指可将光信号转换为电信号的一类元件的总称，其第三波长在可见光波长区间内，包括红外线波长和紫外线波长，通过检测光照强度的不同从而输出不同的电信号，从而达到光信号与电信号之间的转化。光敏传感器种类繁多，目前应该比较广泛的包括：光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管等。三、光敏电阻的结构与原理光敏电阻器的工作原理是内光电效应，它是利用光电效应制作而成的一类特殊电阻，其阻值随入射光的强度变化而变化：入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻的符号如图1.2所示。图1.2光敏电阻符号在无光的情况下，光敏电阻的阻值很高一般在1MΩ以上；有光线射入时，当光子能量大于其半导体材料的导通能量，则半导体材料中的电子吸收一个光子的能量便成为导体，光照强度越大，则进入的光子的数量越多，于是半导体中的电子变为可导体的数量就越多，导电能力就越好，即光敏电阻的阻值就越小。光照消失后，由光子4激发的空穴对逐渐复合，光敏电阻便恢复其不可导的状态，阻值急剧增大。光电特性是指在光敏电阻两级电压固定不变时，光照度与电阻及电流间的关系。光电特性曲线如图1.3所示：图1.3光敏电阻特性曲线四、光敏传感器的应用光敏传感器阻值随着光照强度的变化而变化，因此光照强度这一比较抽象而难以测量的物理量可以通过光敏传感器进行简单有效的测量，因此感光特性，在现代社会中有着广泛的应用。例如光开关是最简单的一个例子了，其原理是利用感光元件，对光线进行只收，将光信号转换成电流信号，通过