1、摘 要本題設(shè)計(jì)一個(gè)光照強(qiáng)度自動(dòng)檢測、顯示、報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)外界三種不同條件下光強(qiáng)的分檔指示和報(bào)警（弱、適宜、強(qiáng)）。使用光敏電阻光照強(qiáng)度的測量并進(jìn)行顯示，采取單片機(jī)對(duì)光敏電阻輸出變化進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換成數(shù)字量再使用數(shù)碼管進(jìn)行顯示。在單片機(jī)上加外圍器件三個(gè)LED，通過采樣到的光照射強(qiáng)度選擇，在數(shù)碼管上顯示電壓的大小。本設(shè)計(jì)具有有線路簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格低廉、性能優(yōu)越等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：光照亮度；光敏電阻；單片機(jī)；數(shù)碼管器 Abstract Subject to design a light intensity to be automatic detection, display, alarm system,

2、 the realization on the outside three different conditions of light intensity FenDang instructions and alarm (weak, appropriate, stronger). Use photoconductive resistance of light intensity measurement that take the monolithic integrated circuit to change photoconductive resistance output processing

3、 converted into digital quantity to use digital tube displayed. In the single peripheral devices with three LED, by sampling the light to illuminate intensity choice, in digital tube display voltage size. This design has a simple lines, compact structure, low prices, superior performance etc. Charac

4、teristics. Key words: light brightness; Photoconductive resistance; Single chip microcomputer; Digital pig 目 錄引言11 系統(tǒng)概述11.1 設(shè)計(jì)要求11.2 方案設(shè)計(jì)11.2.1方案說明11.2.2方案論證22 硬件電路設(shè)計(jì)與分析32.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)32.2 光敏電阻的主要特性及參數(shù)52.3 光敏電阻接入電路圖62.4 數(shù)碼管顯示電路72.5 報(bào)警電路73 軟件設(shè)計(jì)73.1 主程序83.2 安裝調(diào)試及測量數(shù)據(jù)分析94 實(shí)訓(xùn)的心得體會(huì)9致 謝11參考文獻(xiàn)12附 錄13引言光照強(qiáng)度自動(dòng)檢

5、測顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以自動(dòng)檢測光照強(qiáng)度的強(qiáng)弱并顯示讓人們知道此時(shí)光照強(qiáng)度的強(qiáng)弱。人們可以設(shè)定光照強(qiáng)度的范圍，一旦超出此范圍該系統(tǒng)可以發(fā)出警報(bào)通知或直接采取措施使光照強(qiáng)度在此范圍內(nèi)。人們可以通過看此裝置的顯示了解現(xiàn)在的光照狀態(tài)，做合理的光照調(diào)節(jié)。該設(shè)計(jì)可分為三部分：即光照檢測部分、信號(hào)處理部分、光強(qiáng)顯示部分。還可加上報(bào)警部分。對(duì)于光照檢測部分可利用光敏電阻傳感器作為檢測元件，它可以完成從光強(qiáng)到電阻值的信號(hào)轉(zhuǎn)換，再把電阻值轉(zhuǎn)換為電信號(hào)就可以作為系統(tǒng)的輸入信號(hào)。對(duì)輸入信號(hào)處理后，就可以用來顯示了。對(duì)于顯示部分可利用數(shù)碼管來顯示，不同的光強(qiáng)對(duì)應(yīng)于不同數(shù)碼管顯示值，就能簡單的顯示出不同的光強(qiáng)了。1 系統(tǒng)

6、概述1.1 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)光照強(qiáng)度自動(dòng)檢測、顯示、（報(bào)警）系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)外界三種不同條件下光強(qiáng)的分檔指示和報(bào)警（弱、適宜、強(qiáng)）。通過采樣到的光照射強(qiáng)度選擇，在數(shù)碼管上顯示電壓的大小。（1）自己設(shè)計(jì)至少三種以上不同光照條件，測定不同光照條件下光電傳感器的輸出；（2）傳感器測量電路采用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的比較器完成，完成至少三種以上不同光照條件下顯示報(bào)警系統(tǒng)方案的論證和設(shè)計(jì)；（3）完成自然光光照強(qiáng)度自動(dòng)檢測顯示報(bào)警系統(tǒng)電路方框圖、電路原理圖的設(shè)計(jì)；（4）完成自然光光照強(qiáng)度自動(dòng)檢測顯示報(bào)警系統(tǒng)中核心芯片的選型、系統(tǒng)中各個(gè)參數(shù)的計(jì)算（備注：1. 含各種元件參數(shù)的計(jì)算過程或依據(jù)2. 選定最接近計(jì)算結(jié)果的

7、元件規(guī)格）；（5）設(shè)計(jì)結(jié)束后，進(jìn)行仿真調(diào)試。（6）不斷檢測設(shè)計(jì)和實(shí)踐的相差情況（7）仿真調(diào)試方案（8）給出系統(tǒng)整機(jī)電路圖。（9）完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告1.2 方案設(shè)計(jì)1.2.1方案說明(1)傳感器選擇：選用光敏電阻作為采集光照信號(hào)的傳感器。(2)電阻測試：在室外太陽光強(qiáng)照射下、室內(nèi)適宜光照下、室內(nèi)昏暗條件下三種光照條件下分別測的光敏電阻的阻值為=15.6k歐。(3)方案原理圖：系統(tǒng)功能描述：考慮到系統(tǒng)的實(shí)用價(jià)值,確定了光照適宜時(shí)的光敏電阻值的范圍為1.4-3.6k歐，當(dāng)光照過強(qiáng)時(shí)，LED1點(diǎn)亮，蜂鳴器報(bào)警；光照適宜時(shí)，LED2點(diǎn)亮；黑暗時(shí)，LED3點(diǎn)亮，蜂鳴器也報(bào)警。即光照不適宜時(shí)就會(huì)報(bào)警，所以該系

8、統(tǒng)不但可以完成光強(qiáng)的顯示、報(bào)警，而且可以判斷光照是否適宜。原理框圖如下：數(shù)碼管顯示電路報(bào)警電路光敏電阻光敏電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換電路信號(hào)處理電路圖1-1 原理框圖1.2.2方案論證(1)光照強(qiáng)度的信號(hào)采集部分采用光敏電阻作為信號(hào)采集器件。光敏電阻是基于光電導(dǎo)效應(yīng)的一種光電器件，無光照時(shí), 光敏電阻值（暗電阻）很大, 電路中電流（暗電流）很?。?當(dāng)受到光照時(shí)，半導(dǎo)體材料電導(dǎo)率增加，電阻減小。其阻值隨光照增強(qiáng)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)、抗過載能力強(qiáng)和壽命長等特點(diǎn)。所以選擇光敏電阻采集光照信號(hào)，并把不同的光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為不同

9、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，電路如原理圖所示。于是，就把對(duì)光照信號(hào)的處理轉(zhuǎn)化為對(duì)電壓信號(hào)V的處理。(2)信號(hào)處理部分：采用集成電壓比較器LM358N作為信號(hào)處理的核心元件，電路連接如原理圖所示。光強(qiáng)、適宜、黑暗三種光照狀態(tài)轉(zhuǎn)換為三個(gè)電壓值V1，V2，V3作為比較器的輸入電壓；兩個(gè)比較器設(shè)置兩個(gè)參考電壓Vref1，Vref2。工作過程分析如下：光照較強(qiáng)時(shí)V1 Vref1Vref2，兩個(gè)比較器的輸出電壓分別為（5V，0V）；光照適宜時(shí)Vref1V2 Vref2， 兩個(gè)比較器的輸出電壓分別為（-5V，0）； 光照黑暗時(shí)V3 Vref2 Vref1 兩個(gè)比

10、較器的輸出電壓分別為（-5V，5V）。這樣就完成了從模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換,顯示部分就變得容易了。(3)光強(qiáng)顯示部分采用數(shù)碼管管顯示不同的光強(qiáng)狀態(tài)。由于比較器的驅(qū)動(dòng)能力有限，所以在輸出端加一個(gè)上拉電阻提高其驅(qū)動(dòng)能力。電路連接如原理圖所示，分析如下：當(dāng)光照較強(qiáng)時(shí)，兩個(gè)比較器的輸出電壓分別為（5V，0V），LED1點(diǎn)亮；光照適宜時(shí)， 兩個(gè)比較器的輸出電壓分別為（-5V，0），LED2被點(diǎn)亮； 光照黑暗時(shí)，兩個(gè)比較器的輸出電壓分別為（-5V，5V），LED2、LED3被點(diǎn)亮。這樣三種狀態(tài)就顯示出來了。（4）光報(bào)警部分采用有源蜂鳴器作為報(bào)警器件。電路連接如原理圖所示，用兩個(gè)NPN型BJT三極管的導(dǎo)通

11、來控制報(bào)警電路的導(dǎo)通，三極管的導(dǎo)通又受發(fā)光二極管導(dǎo)通與否的控制，發(fā)光二極管的導(dǎo)通受光照的控制。所以光強(qiáng)就可以控制報(bào)警器了，設(shè)計(jì)方案采用了當(dāng)光照較強(qiáng)或較暗時(shí)報(bào)警。工作過程分析如下：當(dāng)光照較強(qiáng)時(shí)，兩個(gè)比較器的輸出電壓分別為（5V，0V），LED1點(diǎn)亮，三極管BJT1被導(dǎo)通，報(bào)警電路被導(dǎo)通，蜂鳴器報(bào)警；光照適宜時(shí)， 兩個(gè)比較器的輸出電壓分別為（-5V，0），LED2被點(diǎn)亮，三極管BJT1截止，報(bào)警電路也截止； 光照黑暗時(shí)，兩個(gè)比較器的輸出電壓分別為（-5V，5V），LED2、LED3被點(diǎn)亮，BJT2被導(dǎo)通，報(bào)警電路也被導(dǎo)通，蜂鳴器報(bào)警。2 硬件電路設(shè)計(jì)與分析2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)STC12C5A08

12、S2簡介：新一代宏晶芯片具有1個(gè)時(shí)鐘/機(jī)器周期，高速、高可靠，2路PWM，8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換，25萬次/秒1T 8051帶總線,無法解密,管腳直接兼容傳統(tǒng)89C52,有全球唯一ID號(hào)可省復(fù)位電路,36-44個(gè)I/O內(nèi)部R/C時(shí)鐘的新一代宏晶芯片加密性強(qiáng)，解密難度高。中斷系統(tǒng)是使處理器具有對(duì)外界異步事件的處理能力而設(shè)置的。當(dāng)中央處理器CPU正在處理某件事的時(shí)候外界發(fā)生了緊急事件，要求CPU暫停當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)而去處理這個(gè)緊急事件。時(shí)鐘電路。由于頻率較大時(shí)，三角波、正弦波、方波等波中每一點(diǎn)延時(shí)時(shí)間為幾微秒，故延時(shí)時(shí)間還要加上指令時(shí)間即可得到指定頻率的波形，該電路用24MHz晶振。如下圖：圖1-

13、2 主控電路圖寬電壓：5.53.3V，2.23.6V（STC12LE5A60S2系列） 增加第二復(fù)位功能腳（高可靠復(fù)位，可調(diào)整復(fù)位門檻電壓，頻率=I(max)紅燈亮，數(shù)碼管讀數(shù)，此時(shí)光強(qiáng)度最暗比較I(test)=I(max)綠燈亮，數(shù)碼管讀數(shù)，此時(shí)光的強(qiáng)度較亮黃燈亮，數(shù)碼管讀數(shù)，此時(shí)光的強(qiáng)度是最亮的結(jié)束開始圖1-7 主程序的流程框圖應(yīng)用Keil進(jìn)行軟件仿真開發(fā)的主要步驟為：編寫源程序并保存建立工程并添加源文件設(shè)置工程編譯/匯編、連接，產(chǎn)生目標(biāo)文件程序調(diào)試。成功編譯/匯編、連接后，選擇菜單Debug-Start/Stop Debug Session(或按Ctrl+F5鍵)進(jìn)入程序調(diào)試狀態(tài)，Kei

14、l提供對(duì)程序的模擬調(diào)試功能，內(nèi)建一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真CPU以模擬執(zhí)行程序。Keil能以單步執(zhí)行(按F11或選擇Debug-Step)、過程單步執(zhí)行(按F10或選擇Debug-Step Over)、全速執(zhí)行等多種運(yùn)行方式進(jìn)行程序調(diào)試。如果發(fā)現(xiàn)程序有錯(cuò)，可采用在線匯編功能對(duì)程序進(jìn)行在線修改(Debug-Inline Assambly)，不必執(zhí)行先退出調(diào)試環(huán)境、修改源程序、對(duì)工程重新進(jìn)行編譯/匯編和連接、然后再次進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)的步驟。對(duì)于一些必須滿足一定條件(如按鍵被按下等)才能被執(zhí)行的、難以用單步執(zhí)行方式進(jìn)行調(diào)試的程序行，可采用斷點(diǎn)設(shè)置的方法處理(Debug-Insert/Remove Breakpo

15、int或Debug-Breakpoints等)。在模擬調(diào)試程序后，還須通過編程器將.hex目標(biāo)文件燒寫入單片機(jī)中才能觀察目標(biāo)樣機(jī)真實(shí)的運(yùn)行狀況。3.2 安裝調(diào)試及測量數(shù)據(jù)分析通電、用萬用表根據(jù)電路圖仔細(xì)檢查各線路連接是否正常。先是調(diào)試單片機(jī)部分，DA和運(yùn)算放大器芯片不接。用STC_ISP_V483軟件通過串口下程序。看是否可以正常下程序?？梢哉Ｏ鲁绦驎r(shí)，給51單片機(jī)下一個(gè)讓所有I/0口一會(huì)兒輸入0，延時(shí)，再輸出1，以此類推。用萬用表測量各I/O口得電壓是不是一會(huì)兒高，一會(huì)兒低。在單片機(jī)報(bào)警器和LM358芯片，給單片機(jī)下測試程序，通過看數(shù)碼管輸出是否正常。給單片機(jī)下一個(gè)完整的程序，分別按下按鍵

16、，看對(duì)應(yīng)的光照亮度。得到的值是否正常。3.3 出現(xiàn)的問題與解決的方法調(diào)試單片機(jī)的串口時(shí)，發(fā)現(xiàn)不能正常的下程序。我想可能是單片機(jī)壞了借了一塊學(xué)習(xí)板測試了一下單片機(jī)芯片，發(fā)現(xiàn)可以正常下載。這說明很可能是我單片機(jī)的引腳可能出現(xiàn)焊接問題。有可能哪個(gè)引腳虛焊或假焊了。我仔細(xì)查看了電路圖于是我將電路板重新加焊一遍。再下程序，終于可以正常下載了。開始寫的測試程序輸出的數(shù)據(jù)誤差很大。我想可能是光敏二極管這一模塊出現(xiàn)了問題，于是不斷的排查和檢測。最終還是被我弄好了。盡可能的讓電路板做到很完美，調(diào)節(jié)好各級(jí)的電阻讓實(shí)驗(yàn)結(jié)果精確。剛開始報(bào)警聲音很小。這也是要檢測和排查修改的范圍。測量儀器：示波器;直流穩(wěn)壓電源;萬用表

17、。4 實(shí)訓(xùn)的心得體會(huì)在本次的實(shí)訓(xùn)中，自己確定要做的題目之后，就開始上網(wǎng)搜索有關(guān)光敏電阻檢測光照亮度的相關(guān)的資料，收集了很多有關(guān)這方面的資料。后來再和一起都是做光敏電阻檢測光照亮度的同學(xué)交流了一番，最后確定方案之后，開始著手準(zhǔn)備畫PCB板和程序的查找和編程。 PCB板畫出來之后，然后就著手電路板的腐蝕和與元器件的焊接，硬件的調(diào)試和修改，程序的調(diào)試和仿真以及修改，最后到密碼鎖的完成。在本次的實(shí)訓(xùn)中，遇到了蠻多的問題，只要是硬件和軟件方面的問題。一是腐蝕電路板的時(shí)候，剛開始電路板的短路線畫得太小了，腐蝕的時(shí)候容易斷路，焊盤設(shè)計(jì)得太小了導(dǎo)致打孔的時(shí)候容易把焊盤打沒了。二是焊接的過程中，由于自己的粗心大

18、意，把發(fā)光二極管的正負(fù)極方向焊反了，導(dǎo)致電路沒能按照設(shè)計(jì)的那樣正常的發(fā)光和報(bào)警。三是調(diào)試程序時(shí)，程序剛開始按照自己所想的那樣去運(yùn)行，在仿真電路里面正常調(diào)試了，但是燒錄到單片機(jī)里面的時(shí)候就是不得，后面查閱了一定的資料和通過同學(xué)的指導(dǎo)之后才得與實(shí)現(xiàn)。此次的實(shí)訓(xùn)由于時(shí)間的過于緊張，沒能把電子鎖的設(shè)計(jì)想得那么的面面俱到，如設(shè)計(jì)電路板的時(shí)候，因?yàn)楫?dāng)時(shí)比較急，所以設(shè)計(jì)上出現(xiàn)了一定的設(shè)計(jì)缺陷，比如沒有電源的輸入指示燈，也沒有輸入電源的總開關(guān)等。電路的布局已經(jīng)元器件的焊接都存在一定的問題，希望下次實(shí)訓(xùn)的時(shí)候能吸取這次的教訓(xùn)。謝 辭在學(xué)習(xí)中，老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、豐富淵博的知識(shí)。認(rèn)真的工作態(tài)度都是我學(xué)習(xí)的楷模。在實(shí)訓(xùn)中老師給予了許多幫助與支持。感激學(xué)院讓我有這次學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)。本次實(shí)訓(xùn)一些難題老師都仔仔細(xì)細(xì)的為我解答，老師那認(rèn)真仔細(xì)的精神使受益匪淺。這次學(xué)習(xí)對(duì)于沒有真正實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的我來說，絕對(duì)是一次成長的機(jī)會(huì)。本次實(shí)訓(xùn)是把理論只是應(yīng)用到實(shí)踐的一次很好的機(jī)會(huì)。感謝老