数字式光照强度检测仪的设计实现精.ppt

数字式光照强度检测仪的设计实现第1页，本讲稿共27页实验要求实验要求n设计一个基于单片机的数字式光照强度检数字式光照强度检测仪测仪，用单片机控制数模转换芯片测量光照强度，并用数码管显示接收光强结果，同时通过多个光敏电阻已判断光照射方向。第2页，本讲稿共27页1.光敏电阻的工作原理及结构光敏电阻的工作原理及结构当无光照时，光敏电阻值当无光照时，光敏电阻值(暗电阻暗电阻)很大，电路中电流很小很大，电路中电流很小 当有光照时，光敏电阻值当有光照时，光敏电阻值(亮电阻亮电阻)急剧减少，电流迅速增加急剧减少，电流迅速增加第3页，本讲稿共27页光敏电阻的结构 1.玻璃玻璃 2.光电导层光电导层 3.电极电极 4.绝缘衬底绝缘衬底 5.金属壳金属壳 6.黑色绝缘玻璃黑色绝缘玻璃 7.引线引线光敏电阻的灵敏度易受潮湿的影响，光敏电阻的灵敏度易受潮湿的影响，因此要将光电导体严密封装在带有玻璃的壳体中。因此要将光电导体严密封装在带有玻璃的壳体中。第4页，本讲稿共27页半导体吸收光子而产生的光电效应，只限于光照的表面薄层。半导体吸收光子而产生的光电效应，只限于光照的表面薄层。光敏电阻的电极一般采用梳状，提高了光敏电阻的灵敏度。光敏电阻的电极一般采用梳状，提高了光敏电阻的灵敏度。灵敏度高，光谱特性好，光谱响应从紫外区一直到红外区。灵敏度高，光谱特性好，光谱响应从紫外区一直到红外区。而且体积小、重量轻、性能稳定而且体积小、重量轻、性能稳定 梳梳状状电电极极 第5页，本讲稿共27页（1）暗电阻和暗电流 光敏电阻在室温条件下，在全暗后经过一定时间测量的电阻值，称为暗电阻。此时流过的电流，称为暗电流。（2）亮电阻 光敏电阻在某一光照下的阻值，称为该光照下的亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。（3）光电流 亮电流与暗电流之差，称为光电流。2 光敏电阻的主要参数光敏电阻的主要参数第6页，本讲稿共27页（1）伏安特性（2）光照特性（3）光谱特性（4）响应时间和频率特性（5）温度特性3光敏电阻的基本特性光敏电阻的基本特性第7页，本讲稿共27页（1）伏安特性 在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系 在给定的偏压情况下，光照度越大，光电流也就越大；在给定的偏压情况下，光照度越大，光电流也就越大；在一定光照度下，加的电压越大，光电流越大，没有饱和现象。在一定光照度下，加的电压越大，光电流越大，没有饱和现象。光敏电阻的最高工作电压是由耗散功率决定的，光敏电阻的最高工作电压是由耗散功率决定的，耗散功率又和面积以及散热条件等因素有关。耗散功率又和面积以及散热条件等因素有关。第8页，本讲稿共27页（2）光照特性 n光敏电阻的光电流与光强之间的关系 由于光敏电阻的光照特性呈非线性，因此不宜作为测量元件，由于光敏电阻的光照特性呈非线性，因此不宜作为测量元件，一般在自动控制系统中常用作开关式光电信号传感元件。一般在自动控制系统中常用作开关式光电信号传感元件。第9页，本讲稿共27页（4）响应时间和频率特性n光电导的弛豫现象：光电流的变化对于光的变化，在时间上有一个滞后。n通常用响应时间t表示。第10页，本讲稿共27页光敏电阻图示第11页，本讲稿共27页光敏电阻演示光敏电阻演示 当光敏当光敏电阻受到光电阻受到光照时，照时，光生光生电子电子空穴空穴对增加，阻对增加，阻值减小，电值减小，电流增大。流增大。暗电流（越小越好）暗电流（越小越好）第12页，本讲稿共27页光照强度的测定n照度是反映光照强度的一种单位，其物理意义是照射到单位面积上的光通量，照度的单位是每平方米的流明（Lm）数，也叫做勒克斯（Lux）：1Lux=1Lm/平方米上式中，Lm是光通量的单位，其定义是纯铂在熔化温度（约1770）时，其1/60平方米的表面面积于1球面度的立体角内所辐射的光量。n1LUX大约等于1烛光在1米距离的照度,夏日阳光下为100，000LUX；阴天室外为10000LUX；室内日光灯为100LUX；距60W台灯60CM桌面为300LUX；黄昏室内为10LUX；夜间路灯为0.1LUX。第13页，本讲稿共27页AD模数转换模块n 所谓A/D 转换器就是模拟/数字转换器（Analog to Digital Converter 简称ADC）是将输入的模拟信号转换成为数字信号。第14页，本讲稿共27页A/D电路的设计电路的设计ADC0804ADC0804数据线数据线读写控制读写控制片选片选时钟输入时钟输入中断申请中断申请模拟输入模拟输入参考电压参考电压第15页，本讲稿共27页(二)典型ADC芯片 ADC08041、引脚图信号：u（1）DB7DB0：数据线，三态，输出，可直接接总线。u（2）启动：WRCS 启动ADC，同时清状态INTR.u（3）状态：INTR 转换结束输出低电平。u（4）读数据：RD CS 打开三态门读取数据，同时清状态。第16页，本讲稿共27页2、片内时钟电路第17页，本讲稿共27页3、接口时序及接口信号第18页，本讲稿共27页任务及要求：任务及要求：n结合单片机最小电路和光敏电阻电路共同设计一个基于单片机的数字式光照强度检测系统，用数码管显示光照强度。还可以设置多个不同方向的光敏电阻，通过计算它们的光照强度运用比较器以确定当前的光照方向。n1、实现单片机最小系统设计。n2、焊接调试光敏电阻网络。n3、焊接调试AD电路，标定光照强度基本单位n4、编写单片机程序，将获得的电信号转换成光照强度单位下的数值，并用数码管显示。（晚间实验室日光灯为400LUX）n5、通过比较不同方向测得的光强数值判断光照方向，在数码管上显示其方向。第19页，本讲稿共27页实验电路n单片机最小系统n通信模块(用于下载stc单片机)nADC0804模块n光敏输出及比较电路n数码管显示电路第20页，本讲稿共27页第21页，本讲稿共27页第22页，本讲稿共27页ADC0804电路接法第23页，本讲稿共27页光照方向检测电路第24页，本讲稿共27页第25页，本讲稿共27页数码管显示电路第26页，本讲稿共27页实验所用工具单片机程序编译软件单片机下载程序软件第27页，本讲稿共27页