1、基于光電傳感器測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一、傳感器的工作原理光電傳感器是利用光敏元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的的傳感器，它的敏感波長(zhǎng)在可見(jiàn)光波長(zhǎng)附件，包括紅外線波長(zhǎng)和紫外線波長(zhǎng)。光敏電阻器是利用半導(dǎo)體光電導(dǎo)效應(yīng)制成的一種特殊電阻器，對(duì)光線十分敏感，它的電阻值能隨著外界光照強(qiáng)弱（明暗）變化而變化。在無(wú)光照射時(shí)，呈高阻狀態(tài)；當(dāng)有光照射時(shí)，其電阻值迅速減小，廣泛用于各種控制電路，(自動(dòng)照明燈控制電路、自動(dòng)報(bào)警電路等)，家用電氣（如電視機(jī)中的高度自動(dòng)調(diào)節(jié)。照相機(jī)中的自動(dòng)曝光控制等）及各種測(cè)量?jī)x器中。光敏電阻又稱光導(dǎo)管，它幾乎都是用半導(dǎo)體材料制成的光電器件。光敏電阻沒(méi)有極性，純粹是一個(gè)電阻器件，使用時(shí)既可以加直流電壓，

2、也可以加交流電壓。當(dāng)光敏電阻受到一定波長(zhǎng)范圍的光照時(shí)，它的阻值急劇減小，電路中的電流迅速增大，一般希望暗電阻越大越好，亮電阻越小越好，此時(shí)光敏電阻的靈敏度高。該系統(tǒng)可通過(guò)光敏電阻將由于距離變化引起的光照強(qiáng)度變化這一非電氣量轉(zhuǎn)化為電壓這一電氣量。當(dāng)距離近時(shí)，光照強(qiáng)，光敏電阻的阻值很小；當(dāng)距離遠(yuǎn)時(shí)，光照弱，光敏電阻的阻值大。二、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)1、傳感器的選擇光電傳感器是采用光電元件作為檢測(cè)元件的傳感器。它首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。本文選擇的是光敏電阻作為光電元件，硫化鎘（Cds），光敏電阻器的

3、阻值隨入射光線（可見(jiàn)光）的強(qiáng)弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達(dá)110M；在強(qiáng)光條件（100LX）下，它阻值（亮阻）僅有幾百至數(shù)千歐姆。2、系統(tǒng)功能的描述在測(cè)量物體距離時(shí)我們采用的時(shí)光敏電阻作為本次課題的光電傳感器。距離的變化引起光照強(qiáng)度的變化，進(jìn)而光敏電阻的阻值發(fā)生變化，最終引起電路的輸出電壓的變化。本課題是以AT89C52單片機(jī)、AD0804轉(zhuǎn)換器核心器件，ADC0804將電路中的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，最后通過(guò)LCD液晶將電路的電壓顯示出來(lái)。3、系統(tǒng)原理框圖 4、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析：（1）光電傳感器（信號(hào)采集部分）采用光敏電阻作為信號(hào)采集器件，光敏電阻是基于

4、光電導(dǎo)效應(yīng)的一種光電器件，無(wú)光照時(shí)，光敏電阻值（暗電阻）很大，電路中的（暗電流）很小，當(dāng)受到光照時(shí)，半導(dǎo)體材料電導(dǎo)率增加，電阻減小，其阻值隨光照強(qiáng)度而減小。光敏電阻作為光電式傳感器的一種，它具有靈敏度高，光譜響應(yīng)范圍寬，體積小，重量輕，機(jī)械強(qiáng)度高，耐沖擊，耐震動(dòng)，抗過(guò)載能力強(qiáng)和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，所以選擇光敏電阻采集光照信號(hào)，把不同的光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為不同的電阻值。把光敏電阻串聯(lián)在直流電路中即可把不同的電阻值轉(zhuǎn)化為不同的電壓值。把對(duì)光電信號(hào)的處理轉(zhuǎn)化為對(duì)電壓信號(hào)的處理。（2）ADC0804（信號(hào)處理部分）AD0804是一只具有20引腳8位CMOS連續(xù)近似的A/D轉(zhuǎn)換器，將光敏電阻采集到的電壓模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)

5、換成數(shù)字量的信號(hào)。（3）AT89C52(數(shù)據(jù)處理部分) AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）。在本次課題中，AT89C52將AD0804轉(zhuǎn)換出來(lái)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，處理完成將電壓通過(guò)顯示器顯示出來(lái)，AT89C52和AD0804的接線圖如原理圖所示。（4）LCD液晶顯示(顯示部分)將電壓信號(hào)通過(guò)顯示器顯示出來(lái)，距離的改變直接通過(guò)電壓顯示出來(lái)，電壓的大小近似取決于距離的遠(yuǎn)近。三、主要硬件器件的功能介紹 1、AD0804的結(jié)構(gòu)圖2、ADC0804引腳功能的介紹（1） 引腳

6、1(CS )： Chip Select，與RD、WR 接腳的輸入電壓高低一起判斷讀取或?qū)?入與否，當(dāng)其為低位準(zhǔn)(low) 時(shí)會(huì)active。（2） 引腳2( RD )： Read。當(dāng)CS 、RD 皆為低位準(zhǔn)(low) 時(shí)，ADC0804 會(huì)將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字訊號(hào)經(jīng)由DB7 DB0 輸出至其它處理單元。（3） 引腳(WR )： 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的控制訊號(hào)。當(dāng)CS 、WR 皆為低位準(zhǔn)(low) 時(shí)，ADC0804 做清除的動(dòng)作，系統(tǒng)重置。當(dāng)WR 由01且CS 0 時(shí)，ADC0804會(huì)開(kāi)始轉(zhuǎn)換信號(hào)，此時(shí)INTR 設(shè)定為高位準(zhǔn)(high)。（4） 引腳4、引腳19 (CLKIN、CLKR)： 頻率輸入/輸出。頻率

7、輸入可連接處理單元的訊號(hào)頻率范圍為100kHz 至800 kHz。而頻率輸出最大值無(wú)法大于640KHz，一般可選用外部或內(nèi)部來(lái)提供頻率。（5） 引腳5 ( INTR )： 中斷請(qǐng)求。轉(zhuǎn)換期間為高位準(zhǔn)(high)，等到轉(zhuǎn)換完畢時(shí)INTR 會(huì)變?yōu)榈臀?low)告知其它的處理單元已轉(zhuǎn)換完成，可讀取數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。（6） 引腳6、引腳7 (VIN(+)、VIN(-)： 差動(dòng)模擬訊號(hào)的輸入端。輸入電壓VINVIN(+)VIN(-)，通常使用單端輸入，而將VIN(-)接地。（7） 引腳8 (A GND): 模擬電壓的接地端。（8）引腳9 (VREF2) 模擬參考電壓輸入端。VREF 為模擬輸入電壓VIN 的上限

8、值。若引腳9空接，則VIN 的上限值即為VCC。 （9）引腳10 (D GND)數(shù)字電壓的接地端。（10）引腳11 引腳18 (DB7 DB0)轉(zhuǎn)換后之?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出端。（11）引腳20 (Vcc)驅(qū)動(dòng)電壓輸入端 3、A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換電路如圖所示，由于PROTUES仿真軟件不能仿真光敏電阻接受光照后電阻的變化，故在ADC0804的輸入端加一滑變電阻器，來(lái)代替光敏電阻產(chǎn)生的04.92V模擬電壓，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后送到單片機(jī)的P1口，從而實(shí)現(xiàn)電路的仿真。4、AT89C52的結(jié)構(gòu)圖5、AT89C52單片機(jī)概述AT89C52是美國(guó)Atmel公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8KB的

9、可反復(fù)檫寫(xiě)的程序存儲(chǔ)器和12B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)配置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。AT89C52單片機(jī)屬于AT89C51單片機(jī)的增強(qiáng)型，與Intel公司的80C52在引腳排列、硬件組成、工作特點(diǎn)和指令系統(tǒng)等方面兼容。 其主要工作特性是： 1） 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器內(nèi)含8KB的Flash程序存儲(chǔ)器，可擦寫(xiě)壽命為1000次；2） 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)含256字節(jié)的RAM；l3） 具有32根可編程I/O口線；l4） 具有3個(gè)可編程定時(shí)

10、器；5） 中斷系統(tǒng)是具有8個(gè)中斷源、6個(gè)中斷矢量、2個(gè)級(jí)優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)；l6） 串行口是具有一個(gè)全雙工的可編程串行通信口；l7） 具有一個(gè)數(shù)據(jù)指針DPTR；8） 低功耗工作模式有空閑模式和掉電模式；l9） 具有可編程的3級(jí)程序鎖定位；10） AT89C52工作電源電壓為5（1+0.2）V，且典型值為5V；l11） AT89C52最高工作頻率為24MHz6、AT89C52的各引腳功能： P0口：P0口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門(mén)電路，對(duì)端口P0寫(xiě)“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)

11、器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 P1口：P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。與AT89C51不同之處是，P1.0和P1.1還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX），F(xiàn)lash編程和程

12、序校驗(yàn)期間，P1接收低8位地址。 P2口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口P2寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVXDPTR指令）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVXRI指令）時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。 P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉

13、電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)P3口寫(xiě)入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它

14、可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無(wú)效。 PSEN：程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次PSEN信號(hào)。

15、 EA/VPP：外部訪問(wèn)允許。欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000HFFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。 XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。7、晶振電路 時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。MCS-51單片機(jī)允許的時(shí)鐘頻率是因型號(hào)而異的典型值為12MHZ。MCS-

16、51內(nèi)部都有一個(gè)反相放大器，XTAL1、XTAL2分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時(shí)反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時(shí)鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件。電容C1和C2的作用有兩個(gè)：其一是使振蕩器起振，其二是對(duì)振蕩器的頻率f起微調(diào)作用（C1、C2大，f變?。?，其典型值為30pF。8、顯示電路LCD與單片機(jī)的接口電路如圖所示，單片機(jī)通過(guò)P0口向LCD輸送數(shù)據(jù)，顯示測(cè)得的距離所對(duì)應(yīng)的電壓。值得注意的是，P0口要接上拉電阻來(lái)保證對(duì)LCD的成功驅(qū)動(dòng)。四、軟件1、系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖2、AT89S51的程序#include#define uchar unsigned char #define uint unsig

17、ned int sbit rs=P25; sbit lcden=P27; sbit wr=P26; sbit WRR=P36; sbit RDD=P37; sbit CS=P20; uchar love=0; void delay(uint z) uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-); void write_com(uchar com) rs=0; wr=0; lcden=0; delay(1); P0=com; delay(1); lcden=1; delay(1); lcden=0; void write_date(uchar date) rs

18、=1; wr=0; lcden=0; P0=date; delay(1); lcden=1; delay(1); lcden=0; void init_lcd() lcden=0; write_com(0x38); delay(1); write_com(0x0c); delay(1); write_com(0x06); delay(1); write_com(0x01);delay(1); write_com(0x80); delay(1); write_date(L); write_com(0x81); delay(1); write_date(o); write_com(0x82); d

19、elay(1); write_date(v); write_com(0x83); delay(1); write_date(e); write_com(0x84); delay(1); write_date( ); write_com(0x85); delay(1); write_date(D); write_com(0x86); delay(1); write_date(o); write_com(0x87); delay(1); write_date(n); write_com(0x88); delay(1); write_date(g); write_com(0x89);delay(1)

20、;write_date( ); write_com(0x8a);delay(1);write_date(S); write_com(0x8b);delay(1); write_date(h);write_com(0x8c);delay(1); write_date(e); write_com(0x8d);delay(1);write_date(n); write_com(0x8e);delay(1); write_date(g);/*void write_sfm(uchar add,uchar date)uchar ge,shi; shi=date/10;ge=date%10;write_co

21、m(0x80+0x40+add);write_date(0x30+shi);write_date(0x30+ge); */void init_ad()P1=0;P0=0;CS=0;void start()WRR=0;WRR=1;void main()uchar result;init_ad();init_lcd();P1=0xff;while(1)/P1=0;CS=0;start();delay(5);RDD=0;delay(8);result=P1;RDD=1;delay(20);/lcdinit();P0=result;/while(1);/result=result/256*5;/* l

22、cdwritetable(0x83,AD Convert,10);lcddisplay(0x80+0x40+5,result*5/256+48);lcddisplay(0x81+0x40+5,.);lcddisplay(0x82+0x40+5,result*5*10/256%10+48);lcddisplay(0x83+0x40+5,result*5*100/256%10+48);lcddisplay(0x84+0x40+5,V);delay(1000);*/ /P0=P1;write_com(0x80+0x40+5);write_date(result*5/256+0);write_com(0x80+0x40+6); write_date(.);write_com(0x80+0x40+7); write_date(result*5*10/256%10+0);write_com(0x80+0x40+8);write_date(result*5*100/256%10+0);write_c