傳感器課程設(shè)計報告--百葉窗控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1．引言1</b></p><p>　　2．系統(tǒng)總體設(shè)計方案1</p><p>　　2.1 設(shè)計思路1</p><p>　　2.2 總體框圖2</p><p>　　3．系統(tǒng)硬件設(shè)計2</

2、p><p>　　3.1 總硬件原理圖2</p><p>　　3.2 模塊原理圖3</p><p>　　3.2.1 光敏電阻電路3</p><p>　　3.2.2 電機驅(qū)動電路6</p><p>　　3.2.3單片機電路8</p><p><b>　　4．元件清單10</b

3、></p><p>　　5．系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果10</p><p>　　5.1軟件編程與調(diào)試10</p><p>　　5.2 硬件調(diào)試12</p><p>　　6．測試結(jié)果分析13</p><p><b>　　7．總結(jié)13</b></p><p><b

4、>　　8．參考文獻13</b></p><p><b>　　1．引言</b></p><p>　　隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，微電子技術(shù)得到越來越多的應(yīng)用，同時影響著人們生活工作的方方面面。自動窗控制系統(tǒng)經(jīng)歷了從無到有，并逐步豐富功能和可靠性發(fā)展。</p><p>　　為了減少因光線過強引起的顯示器顯示模糊程度,解決人們經(jīng)常手動

5、操作閉合窗簾的煩惱, 在此,我設(shè)計出了“自動感光啟閉辦公百葉窗”,智能控制室內(nèi)光線. 通過室外光敏電阻感受光強變化,單片機接收光敏電阻信號,從而驅(qū)動步進電機使百葉窗閉合和打開，調(diào)整進入室內(nèi)的光線;當(dāng)室內(nèi)光線達到適宜時,室內(nèi)光敏傳感器向單片機發(fā)出信號,單片機控制步進電機停止轉(zhuǎn)動。這樣使室內(nèi)光線始終保持舒適宜人,讓人們能夠全神貫注地工作,解決了因窗簾開合,進入室內(nèi)的光線過強或過弱給人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ鲙淼牟槐? </p>&l

6、t;p>　　本課設(shè)描述的就是一種可根據(jù)環(huán)境光強的百葉窗控制系統(tǒng)的實現(xiàn)原理和過程。</p><p>　　2．系統(tǒng)總體設(shè)計方案</p><p><b>　　2.1 設(shè)計思路</b></p><p>　　本次設(shè)計采用AT89C51單片機作為系統(tǒng)控制器，采用光敏電阻強弱轉(zhuǎn)換為電信號的高低電平對現(xiàn)場光強弱的識別，并通過H橋式電路來驅(qū)動直流電機，在通

7、過電機的轉(zhuǎn)動來控制窗簾的轉(zhuǎn)動。</p><p><b>　　2.2 總體框圖</b></p><p>　　圖2—1 系統(tǒng)總體框</p><p><b>　　3．系統(tǒng)硬件設(shè)計</b></p><p>　　3.1 總硬件原理圖</p><p>　　圖3—1 總硬件原理</p

8、><p><b>　　3.2 模塊原理圖</b></p><p>　　3.2.1 光敏電阻電路</p><p>　　光敏電路中通過改變小燈離光敏電阻的距離來改變光照強弱，實現(xiàn)百葉窗的功能，如圖3—2所示，小燈是可以上下變化的。</p><p>　　圖3—2光敏電阻電路</p><p><b>

9、;　　研究光敏電阻特性：</b></p><p>　?。ㄒ唬?基本原理： </p><p>　?、?光線的作用下，電子吸收光子的能量從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)，引起電導(dǎo)率的變化，這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。 </p><p>　?、?光電導(dǎo)效應(yīng)是半導(dǎo)體材料的一種體效應(yīng)。光照愈強，器件自身的電阻愈小?；谶@種效應(yīng)的光電器件稱光敏電阻。 </p>&

10、lt;p>　?、?光敏電阻無極性，其工作特性與入射光光強、波長和外加電壓有關(guān)。</p><p>　?。ǘ?需用器件與單元： 主機箱、安裝架、普通光源、各種濾光鏡、 光電器件模板 、光敏電阻探頭、照度計模板、光照度探頭。</p><p>　　（三） 測量實驗步驟： </p><p>　　(1)亮電阻和暗電阻測量</p><p>　?、俟?/p>

11、敏電阻實驗原理如圖3—1</p><p>　　圖3—1光敏電阻實驗</p><p>　?、?調(diào)節(jié)光敏電阻工作電壓</p><p><b>　?、?亮電阻測試</b></p><p><b>　?、?暗電阻測試</b></p><p><b>　?、?實驗結(jié)果<

12、/b></p><p><b>　　分析：</b></p><p>　　一般情況下，實用的光敏電阻的暗電阻往往超過1M?,甚至高達100M?，而亮電阻則在幾k?以下，可見測量數(shù)據(jù)有效。</p><p>　　(2) 光照特性測試 光敏電阻的工作電壓一定時（5V），它的阻值（光電流）隨光照度變化而變化。按表3-2進行測量，作圖3-2.。<

13、;/p><p><b>　　分析：</b></p><p>　　理論上，光敏電阻在弱光照下，光電流I與光照度E具有良好的線性；在強光照下則為非線性。根據(jù)測試數(shù)據(jù)所畫得的光照特性曲線較好地滿足上述情況，說明實驗操作準確。 </p><p>　　(3) 伏安特性測試 光敏電阻在一定的光照度下，光電流隨外加電壓的變化而變化 </p><

14、;p>　?、?調(diào)節(jié)光源電壓為100Lx時對應(yīng)的電壓值 </p><p>　?、?調(diào)節(jié)光敏電阻工作電壓的值讀取相應(yīng)的光電流 </p><p>　　③ 重復(fù)測試不同照度的伏安特性，將測量數(shù)據(jù)填入表3-3，并作圖3-3。 </p><p><b>　　分析：</b></p><p>　　① 由圖3-3可知，在給定光照下，

15、光敏電阻的阻值與外加電壓無關(guān)，僅由光敏電阻本身性質(zhì)決定，但是不同光照情況下的伏安特性具有不同的斜率，即光照強度不同，阻值不同。</p><p>　　② 當(dāng)光敏電阻承受的功率超過它本身的額定功率，曲線開始變彎，說明光電流趨向飽和。</p><p>　　(4) 光譜特性測試 光敏電阻在一定的工作電壓時，在等能量、不同波長的光作用下，其阻值的變化是不同的，即光電流大小不一樣。本實驗光功率以1mW

16、為標準，更換光源前端蓋的濾光鏡獲得不同波長的光。將測量數(shù)據(jù)填入表3-4，并作圖3-4</p><p><b>　　分析：</b></p><p>　　光譜特性與光敏電阻材料有關(guān)。從圖3-4可知，本實驗選用的光敏電阻的光譜響應(yīng)范圍在可見光區(qū)域，而峰值大概出現(xiàn)在600nm，在稍離此波長的光譜響應(yīng)迅速衰減，在遠離處則無響應(yīng)。因此，在選用光敏電阻時，應(yīng)把光敏電阻的材料和光源種

17、類相結(jié)合考慮，以獲得滿意的結(jié)果</p><p>　　3.2.2 電機驅(qū)動電路</p><p>　　通過H橋式電路來驅(qū)動直流電機，如圖3—5</p><p>　　圖3—5 電機驅(qū)動電路</p><p>　?。ㄒ唬?、H橋式電機驅(qū)動電路 圖3—6中所示為一個典型的直流電機控制電路。電路得名于“H橋式驅(qū)動電路”是因為它的形狀酷似字母H。4個三極管組

18、成H的4條垂直腿，而電機就是H中的橫杠（注意：圖3—6及隨后的兩個圖都只是示意圖，而不是完整的電路圖，其中三極管的驅(qū)動電路沒有畫來。</p><p>　　圖3—6 H橋式電機驅(qū)動電路 </p><p>　　如圖所示，H橋式電機驅(qū)動電路包括4個三極管和一個電機。要使電機運轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對角線上的一對三極管。根據(jù)不同三極管對的導(dǎo)通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機，從而控制電機的轉(zhuǎn)向。

19、 圖3—6H橋式電機驅(qū)動電路，要使電機運轉(zhuǎn)，必須使對角線上的一對三極管導(dǎo)通。圖3—6中H橋電路驅(qū)動電機順時針轉(zhuǎn)動例如圖3—7所示，當(dāng)Q1管和Q4管導(dǎo)通時，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過電機，然后再經(jīng)Q4回到電源負極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅(qū)動電機順時針轉(zhuǎn)動。 當(dāng)三極管Q1和Q4導(dǎo)通時，電流將從左至右流過電機，從而驅(qū)動電機按特定方向轉(zhuǎn)動（電機周圍的箭頭指示為順時針方向）</p><p>　　圖3—7

20、 電機順時針轉(zhuǎn)動</p><p>　　圖3—8中H橋電路驅(qū)動電機逆時針轉(zhuǎn)動 ，圖示為另一對三極管Q2和Q3導(dǎo)通的情況，電流將從右至左流過電機。 當(dāng)三極管Q2和Q3導(dǎo)通時，電流將從右至左流過電機，從而驅(qū)動電機沿另一方向轉(zhuǎn)動（電機周圍的箭頭表示為逆時針方向）。</p><p>　　圖3—8 電機逆時針轉(zhuǎn)動</p><p>　　（二）、使能控制和方向邏輯 驅(qū)動電機時，

21、保證H橋上兩個同側(cè)的三極管不會同時導(dǎo)通非常重要。如果三極管Q1和Q2同時導(dǎo)通，那么電流就會從正極穿過兩個三極管直接回到負極。此時，電路中除了三極管外沒有其他任何負載，因此電路上的電流就可能達到最大值（該電流僅受電源性能限制）</p><p>　　3.2.3單片機電路</p><p>　　最小應(yīng)用系統(tǒng)如圖3—9</p><p>　　圖3—9 單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)<

22、/p><p>　?、?51單片機最小系統(tǒng)復(fù)位電路的極性電容C1的大小直接影響單片機的復(fù)位時間，一般采用10~30uF，51單片機最小系統(tǒng)容值越大需要的復(fù)位時間越短。 </p><p>　?、?51單片機最小系統(tǒng)晶振Y1也可以采用6MHz或者11.0592MHz，在正常工作的情況下可以采用更高頻率的晶振，51單片機最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機的處理速度，頻率越

23、大處理速度越快。 </p><p>　?、?51單片機最小系統(tǒng)起振電容C2、C3一般采用15~33pF，并且電容離晶振越近越好，晶振離單片機越近越好 </p><p>　?、?P0口為開漏輸出，作為輸出口時需加上拉電阻，阻值一般為10k。其他接口內(nèi)部有上拉電阻，作為輸出口時不需外加上拉電阻。 設(shè)置為定時器模式時，加1計數(shù)器是對內(nèi)部機器周期計數(shù)（1個機器周期等于12個振蕩周期，即計數(shù)

24、頻率為晶振頻率的1/12）。計數(shù)值N乘以機器周期Tcy就是定時時間t。 設(shè)置為計數(shù)器模式時，外部事件計數(shù)脈沖由T0或T1引腳輸入到計數(shù)器。在每個機器周期的S5P2期間采樣T0、T1引腳電平。當(dāng)某周期采樣到一高電平輸入，而下一周期又采樣到一低電平時，則計數(shù)器加1，更新的計數(shù)值在下一個機器周期的S3P1期間裝入計數(shù)器。由于檢測一個從1到0的下降沿需要2個機器周期，因此要求被采樣的電平至少要維持一個機器周期。當(dāng)晶振頻率為12MHz時，最高計

25、數(shù)頻率不超過1/2MHz，即計數(shù)脈沖的周期要大于2 ms</p><p>　?、軵1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 </p><p>　?、轕2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I

26、/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控

27、制信號。 </p><p>　?、逷3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 </p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口：</p><p>　　P3.0 RXD（串行輸入口）

28、P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷0） </p><p>　　P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（記時器0外部輸入） P3.5 T1（記時器1外部輸入） </p><p>　　P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） </p><p>　　P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制

29、信號。 </p><p><b>　　4．元件清單</b></p><p>　　5．系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果</p><p>　　5.1軟件編程與調(diào)試</p><p><b>　?。?）主程序設(shè)計：</b></p><p>　　#include<reg52.h><

30、/p><p>　　sbit p01=P0^1;</p><p>　　sbit p05=P0^5;</p><p>　　sbit p06=P0^6;</p><p>　　sbit p07=P0^7;</p><p>　　sbit p27=P2^6;</p><p>　　sbit p28=P2^7;&l

31、t;/p><p>　　int main(void)</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(p05==1)</p>&

32、lt;p>　　{if(p01==1)</p><p>　　{p27=0;p28=1;}</p><p><b>　　else</b></p><p>　　{if(p01==0)</p><p>　　{ p27=1;p28=0;}</p><p>　　else { p27=1;p28=1;

33、} </p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　else if(p06==p07)</p><p>　　{p27=0;p28=0;}</p><p><b>　　else </b></p&g

34、t;<p><b>　　{ </b></p><p>　　if(p06==1&&p07==0)</p><p>　　{p27=1;p28=0;}</p><p>　　if(p06==0&&p07==1)</p><p>　　{p27=0;p28=1;}</p>

35、<p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　（2）程序調(diào)試 </p><p>　　軟件調(diào)試一般分為以下四個階段：1、 編寫程序并查錯；2、在kelic語言的編譯系

36、統(tǒng)中編譯源程序3、對程序進行編譯連接，并及時發(fā)現(xiàn)程序中存在的錯誤；4、改正錯誤。</p><p>　　在本次調(diào)試中出現(xiàn)的問題有：</p><p>　　1、在程序中有的函數(shù)名未定義；</p><p>　　2、在抄錄程序時，少錄入一些字符，如：“；”、“{”、“-”等符號，而出現(xiàn)錯誤；</p><p>　　3、有一些函數(shù)名錄入時少寫一個字母或順序

37、顛倒；</p><p>　　4、沒有注意函數(shù)名的調(diào)用及定義；</p><p>　　5、芯片引腳定義出錯而導(dǎo)致沒有實驗現(xiàn)象。</p><p>　　在軟件調(diào)試過程中，對出現(xiàn)的錯誤進行了認真的分析和修改，多次調(diào)試成功后，能夠很好的達到既定的設(shè)計效果。</p><p><b>　　5.2 硬件調(diào)試</b></p>

38、<p>　　1、邏輯錯誤：它是由設(shè)計錯誤或加工過程中的工藝性錯誤所造成的。這類錯誤包括錯線、開路、短路等。</p><p>　　2、元器件失效：有兩方面的原因：一是器件本身已損壞或性能不符合要求；二是組裝錯誤造成元件失效，如電解電容、集成電路安裝方向錯誤等。</p><p>　　3、可靠性差：因其可靠性差的原因很多，如金屬化孔、接插件接觸不良會造成系統(tǒng)時好時壞，經(jīng)不起振動；走線和

39、布局不合理也會引起系統(tǒng)可靠性差。</p><p>　　4、電源故障：若樣機由電源故障，則加電后很容易造成器件損壞。電源故障包括電壓值不符合設(shè)計要求，電源引線和插座不對，功率不足，負載能力差等。</p><p>　　調(diào)試方法：包括多級調(diào)試和聯(lián)機調(diào)試。在調(diào)試過程中要針對可能出現(xiàn)的故障認真分析，直至檢查出原因并排除。</p><p>　　本次硬件調(diào)試過程中，對所出現(xiàn)的問題

40、進行了認真的分析和改正，最后能夠很好的達到設(shè)計要求的效果。</p><p><b>　　6．測試結(jié)果分析</b></p><p>　　上述光控百葉窗分為手動控制和自動控制。KEY-A，KEY-B為手動控制開關(guān)，KEY-C為自動控制開關(guān)。當(dāng)電路為手動控制時，開關(guān)A為左轉(zhuǎn)，開關(guān)B為右轉(zhuǎn)；當(dāng)電路為自動控制時，利用檢測光的強弱來實現(xiàn)控制電機的轉(zhuǎn)動。電路中放置一燈泡，通過移動燈

41、泡與光敏傳感器的遠近控制光的強與弱，當(dāng)光強時電機左轉(zhuǎn)，光弱時電機右轉(zhuǎn)。通過電機的左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)來控制窗簾的打開與閉合，從而實現(xiàn)光控百葉窗功能。</p><p><b>　　7．總結(jié)</b></p><p>　　本課設(shè)提出了一種經(jīng)濟實用“自動感光啟閉辦公百葉窗”，給出了從硬件電路設(shè)計到軟件設(shè)計的一系列步驟。采用了直流電機作為執(zhí)行元件，AT89S51單片機作為主控芯片，完成了光

42、控百葉窗的實現(xiàn)</p><p>　　通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，進一步掌握了傳感器中光敏電阻的應(yīng)用、電路設(shè)計及控制功能，進而了解了單片機的知識。起初，找了很多資料，電路中每一個子程序模塊都認真去編寫和分析，尤其是光敏電阻的相關(guān)知識，還了解了c語言在單片機編程中的一些特點。確定基本設(shè)計方案、對所用橋式電路功能進行查找、上機仿真等。在整個設(shè)計的過程中遇到的問題主要有以下三點，首先：基礎(chǔ)知識掌

43、握的不牢固，主要表現(xiàn)在一些常用的電路的形式和功能不清楚，對書本上的內(nèi)容理解不夠透徹。第二：對一些常用的應(yīng)用軟件缺少應(yīng)用，在畫電路圖和系統(tǒng)的仿真的時候，對這些軟件的操作不熟練，浪費了很多時間。第三：相關(guān)知識掌握的不夠全面，缺少系統(tǒng)設(shè)計的經(jīng)驗。通過設(shè)計誘發(fā)了我學(xué)習(xí)傳感器的興趣，我將繼續(xù)努力下去。</p><p><b>　　8．參考文獻</b></p><p>　　[1]

44、 梁森、黃杭美.自動檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù).機械工業(yè)出版社[M]2010</p><p>　　[2] 百度百科傳感器</p><p>　　[3] 方金蘭.高校節(jié)能減排的一個成功樣本. 經(jīng)濟參考報[J] 2009-12-31</p><p>　　[4]趙負圖.國內(nèi)外傳感器手冊[M].沈陽:遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,1998. 　</p><p>　　[5]丁

45、鎮(zhèn)生.傳感器及傳感技術(shù)應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2000.</p><p>　　[6]康華光，陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分[M].北京:高等教育出版社,1999.</p><p>　　[7]李科杰.新編傳感器技術(shù)手冊[M].北京::國防工業(yè)出版社,2002.</p><p>　　[8]謝自美.電子線路設(shè)計、實驗、測試[M].武漢::華中科大出版社,2001.