光照强度自动检测显示系统设计剖析.doc

设计题目：光照强度自动检测显示系统设计的认识理解 本次设计题目是光照强度自动检测显示系统设计，既然是系统设计，我们可以将其分解为模块，把复杂问题简单化。 数据采集模块，可用光敏电阻将光照强度信号转换为电阻信号从而进行测量计算。 测量电路模块，设置分压电路和比较电路，将电阻信号转换为电压信号分档输出，用于显示和报警。 显示报警模块，用发光二极管进行显示，同时设置光照过强时蜂鸣器报警。 设计任务要求： 设计一个光照强度自动检测、显示、（报警）系统，实现对外界三种不同条件下光强的分档指示和报警（弱、适宜、强） 方案的设计 根据题目选定光照强度自动检测所用的光电传感器类型； 自己设计至少三种以上不同光照条件，测定不同光照条件下光电传感器的输出； 传感器测量电路采用集成运算放大器构成的比较器完成，完成至少三种以上不同光照条件下显示报警系统方案的论证和设计； 完成自然光光照强度自动检测显示报警系统电路方框图、电路原理图的设计； 完成自然光光照强度自动检测显示报警系统中核心芯片的选型、系统中各个参数的计算（备注：1. 含各种元件参数的计算过程或依据2. 选定最接近计算结果的元件规格）； 设计结束后，进行仿真调试。 仿真调试方案 利用等软件仿真，得出主要信号输入输出点的波形，根据仿真结果验证设计功能的可行性、参数设计的合理性； 给出系统整机电路图（利用PROTEL软件做出原理图SCH文件和PCB文件）。 完成课程设计报告。 设计所需基础知识及工具 1、基础知识 电路理论中电阻电路的分析、模拟电子线路中运算放大器、比较器、功率放大器等知识，数字电子线路中开关特性及数字信号等知识，传感器技术中的光电传感器原理及应用、测量电路等部分知识。 2、设计工具 电子电路EDA仿真软件电子线路设计软件：Altium Designer09 方案设计及其论证（包含课题的功能与指标分析、电路的结构组成方框图、各部分单元电路间关系、单元电路方案设计考虑） 4.1、课题功能与指标分析： 本次课题设计主要是为了实现光照强度的自动检测与分档显示和报警。 首先，必须设定分档环境，可用三种环境状态分四档。 环境状态 光敏电阻电阻值 太阳光直射 R1=240Ω 室内日光灯 R2=1.5kΩ 黑衣物包裹 R3=150 kΩ 其次，将光敏电阻电阻值与上述三种状态下阻值进行比较，实现分档显示和报警。 档次 光敏电阻电阻值 显示状态 黑暗 RXR3 三管都不亮 弱光 R2RXR3 一管亮 适宜 R1RXR2 两管亮 强光 RXR1 三管都亮，蜂鸣器响 设计电路，应完成以上功能。 4.2、电路的结构、组成方块图： 从电路原理图看其实很简单，右边三个比较器部分电路完全相同。结构分析如下： 1）供电电源VCC=12V，给分压电路、比较器、发光管、蜂鸣器供电。 2）分压电路。包括光敏电阻分压和基准电阻分压。 3）比较电路。比较器的两个比较端一个从光敏电阻一端引出，接入比较器负比较端，另一个从三个基准电阻分压端引出，接入比较器正比较端。若光敏电阻比较端阻值大于基准电阻，则分压也大于基准电阻，比较器输出为负，反之亦然。 4）显示报警电路。比较器输出端通过限流电阻Rc接发光二极管，同时为防止比较器无法驱动发光管，输出端通过上拉电阻Rb接电源，以提供足够功率。最小基准电阻发光管并联蜂鸣器。 4.3、各部分单元电路间关系4.4、单元电路方案设计考虑电路中各元器件选型和参数计算 稳压直流电源 12V/1000MASM210363, 蜂鸣器 无源1206分体5.5欧蜂鸣器 参数计算：（根据电路原理及实际市场计算选择） 电源：VCC=12V 基准电阻：用来分档，故应等于光敏电阻三种状态下阻值。 R1=240Ω R2=1.5 kΩ R3=150 kΩ 分压电阻Ra：为了使分压不至过大或过小影响精度，取R1和R3中间大小，Ra=5 kΩ 上拉电阻Rb：Rb提供驱动电流，不宜过大，取Rb=100Ω 限流电阻Rc：Rc=（比较器输出电压-发光管压降）/发光管额定电流 经计算Rc=（12-2）/5=2 kΩ,实际取 Rc=1 kΩ,留有一定余地，另外Rc3与LED3并联蜂鸣器，测得两端电压约为7V，故取Rc3=600Ω。 参考资料 [1] .张淑英；传感器原理及应用.天津：出版社，200. [2]康华光；电子技术基础模拟部分.北京:高等教育出版社，2006.1. 附件1： 整机电路原理图（附页1）（附页） (a）黑暗状态 （b）弱光状态 （c）适宜状态 （d）强光状态（蜂鸣器响） 附件： 元器件清单及成本估算（附页） 23.43