【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 度檢測(cè)裝置的選取 方案 1：光敏電阻 利用具有光電導(dǎo)效應(yīng)的半導(dǎo)體材料制成的光敏傳感器稱為光敏電阻。目前，光敏電阻應(yīng)用的極為廣泛，可見光波段和大氣透過(guò)的幾個(gè)窗口都有適用的光敏電阻。利用光敏電阻制成的光控開關(guān)在我們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見。 當(dāng)內(nèi)光電效應(yīng)發(fā)生時(shí)，光敏電阻電導(dǎo)率的改變量為： pnp e n e? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?????? 式 21 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 在（ 1）式中， e 為電荷電量， p? 為空穴濃度的改變量， n? 為電子濃度的改變量， ? 表示遷移率。 當(dāng)兩端加上電壓 U 后，光電流為： ph AIUd ?? ?? ? ?????????? 式 22 式中 A為與電流垂直的表面， d為電極間的間距。在一定的光照度下， ?? 為恒定的值，因而光電流和電壓成線性關(guān)系。 光敏電阻的伏安特性如圖 24 所示，不同的光照度可以得到不同的伏安特性，表明電阻值隨光照度發(fā)生變化。光照度不變的情況下，電壓越高，光電流也越大，而且沒有飽和現(xiàn)象。當(dāng)然，與一般電阻一樣光敏電阻的工作電壓和電流都不能超過(guò)規(guī)定的最高額定值。 圖 24 光敏電阻的伏安特性曲線 圖 25 光敏電阻的光照特性曲線 光敏電阻的光照特性則如圖 25 所示。不同的光敏電阻的光照特性是不同的，但是在大多數(shù)的情況下，曲線的 形狀都與圖 6的結(jié)果類似。由于光敏電阻的光照特性是非線性的，因此不適宜作線性敏感元件 ，這是光敏電阻的缺點(diǎn)之一。所以在自動(dòng)控制中光敏電阻常用作開關(guān)量的光電傳感器。 方案 2：光敏二極管 光敏二極管的伏安特性相當(dāng)于向下平移了的普通二極管，光敏二極管的伏安特性如圖 26 所示。但光敏三極管的光電流比同類型的光敏二極管大好幾十倍，零偏壓時(shí)，光敏二極管有光電流輸出，而光敏三極管則無(wú)光電流輸出。原因是它們都能產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)，只因光電三極管的集電結(jié)在無(wú)反向偏壓時(shí)沒有放大作用，所以此時(shí)沒有電流輸出（或僅有很小的漏電流）。 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 圖 26 光敏二極管的伏安特性曲線 圖 27 光敏二極管的光照特性曲線 光敏二極管的光照特性亦呈良好線性，這是由于它的電流靈敏度一般為常數(shù)。而光敏三極管在弱光時(shí)靈敏度低些，在強(qiáng)光時(shí)則有飽和現(xiàn)象，這是由于電流放大倍數(shù)的非線性所至，對(duì)弱信號(hào)的檢測(cè)不利。故一般在作線性檢測(cè)元件時(shí)，可選擇光敏二極管而不能用光敏三極管。 比較光敏二極管和光敏電阻的光照特性可知，光敏二極管的光照特性線性度非常好，而光敏電阻非線性非常差，開關(guān)特性比較好。由此可見，如果是做光照開關(guān)使用，光敏電阻擁有更好的效果；如果是用 作關(guān)照檢測(cè)元件，光敏電阻效果更好，良好的線性對(duì)于數(shù)據(jù)的讀取和處理都很方便。綜上所述，我們選擇光敏電阻作為光照度檢測(cè)元件。 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) （模塊）介紹 光照度傳感器簡(jiǎn)介 光敏二極管也叫 光電二極管 。光敏二極管與 半導(dǎo)體二極管 在結(jié)構(gòu)上是類似的 ,其管芯是一個(gè)具有光敏特征的 PN 結(jié)，具有單向?qū)щ娦?，因此工作時(shí)需加上 反向電壓 。無(wú)光照時(shí) ,有很小的飽和反向漏電流 ,即 暗電流 ，此時(shí)光敏二極管截止。當(dāng)受到光照時(shí) ,飽和反向漏電流大大增加，形成 光電流 ,它隨入射光強(qiáng)度的變化而變化。當(dāng)光線照射 PN 結(jié)時(shí)，可以使 PN結(jié)中產(chǎn)生電子一空穴對(duì)，使少數(shù)載流子的密度增加。這些載流子在反向電壓下漂移，使反向電流增 加。因此可以利用光照強(qiáng)弱來(lái)改變電路中的 電流 。常見的有 2CU、 2DU 等系列。 光敏 三極管 和普通三極管相似，也有電流放大作用，只是它的集電極電流不只是受基極電路和電流控制，同時(shí)也受光輻射的控制。 通?；鶚O不引出，但一些光敏三極管的基極有引出，用于 溫度補(bǔ)償 和附加控制等作用。當(dāng)具有光敏特性的 PN 結(jié)受到光輻射時(shí)，形成光電流，由此產(chǎn)生的光生電流由基極進(jìn)入發(fā)射極，從而在集 電極回路中得到一個(gè)放大了相當(dāng)于 β 倍的信號(hào)電流。不同材料制成的光敏三極管具有不同的 光譜 特性，與光敏二極管相比，具有很大的光電流放大作用，即很高的 靈敏度 。 ADC0809 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809 是帶有 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、8 路多路開 關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的 CMOS 組件。它是逐次逼近式A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。 圖 28 ADC0809 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 （ 1） ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖 8，由圖 8 可知， ADC0809 由一個(gè) 8 路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通 8 個(gè)模擬通道，允許 8路模擬量分時(shí)輸入，共用 A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng) OE 端為高 電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 （ 2）． ADC0809 引腳結(jié)構(gòu) 圖 31 ADC0809引腳圖 ADC0809 各腳功能如下： D7?? D0： 8 位數(shù)字量輸出引腳。 IN0?? IN7： 8位模擬量輸入引腳。 VCC： +5V 工作電壓。 GND：地。 REF（ +）：參考電壓正端。 REF（ ?? ）：參考電壓負(fù)端。 START： A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端。 ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸入端。 （以上兩種信號(hào)用于啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換） . EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電 平。 OE：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。 CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端（一般為 500KHz）。 A、 B、 C：地址輸入線。 （ 3） ADC0809 應(yīng)用說(shuō)明 ADC0809 內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與 AT89S51 單片機(jī)直接相連；初始化時(shí)，使 ST和 OE信號(hào)全為低電平；送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到 A， B， C 端口上；在 ST 端給出一個(gè)至少有 100ns 寬的正脈沖信號(hào)；是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù) EOC 信號(hào)來(lái)判斷；當(dāng) EOC 變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給 OE 為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 AT89C52 單片機(jī)芯片 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），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)置通用 8位 中央處理器 和 Flash 存儲(chǔ)單元 ， AT89C52 單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛 的應(yīng)用。 AT89C52 為 8 位 通用微處理器 ，采用工業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)的 C51 內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的 8xc52 相同，其主要用于會(huì)聚調(diào)整時(shí)的功能控制。功能包括對(duì)會(huì)聚主 IC 內(nèi)部 寄存器 、數(shù)據(jù) RAM 及外部接口等功能部件的初始化，會(huì)聚調(diào)整控制，會(huì)聚測(cè) 試圖控制，紅外遙控信號(hào) IR 的接收解碼及與主板 CPU 通信等。主要管腳有： XTAL1（ 19 腳）和 XTAL2（ 18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接 12MHz 晶振。 RST/Vpd（ 9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。 VCC（ 40 腳）和 VSS（ 20 腳）為供電端口，分別接 +5V 電源的正負(fù)端。 P0~P3 為可編程通用 I/O 腳，其功能用途由 軟件 定義，在本設(shè)計(jì)中，P0 端口（ 32~39 腳）被定義為 N1 功能 控制端口 ，分別與 N1 的相應(yīng)功能管腳相連接， 13 腳定義為 IR 輸入端， 10 腳和 11 腳定義為 I2C 總線控制端口，分別連接 N1 的 SDAS（ 18 腳）和 SCLS（ 19 腳）端口， 12 腳、 27 腳及 28 腳定義為握手信號(hào)功能端口，連接主板 CPU 的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測(cè)及會(huì)聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。 圖 32 AT89C52外觀和引腳圖 MAX232 TTL 轉(zhuǎn)串口電平芯片 MAX232 芯片是美信（ MAXIM）公司專為 RS?? 232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 平轉(zhuǎn)換芯片，使用 +5v 單電源供電。 MAX220– MAX249 系列線驅(qū)動(dòng)器 /接收器，專EIA/TIA?? 232E 以及 ，尤其是無(wú)法提供 177。12V 電源的應(yīng)用。這些器件特別適合電池供電系統(tǒng)，這是由于其低功耗關(guān)斷模式可以將功耗減小到 5uW 以內(nèi)。 MAX225， MAXX233， MAX235 以及 MAX245/MAX246/MAX247 不需要外部元件，推薦用于印刷電路板面積有限的應(yīng)用。 高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列 — ULN2021 ULN2021 是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列，由七個(gè)硅 NPN 達(dá)林頓管組成。ULN2021 的每一對(duì)達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè) 的基極電阻 ,在 5V 的工作電壓下它能與 TTL 和 CMOS 電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來(lái)處理的數(shù)據(jù)。 圖 33 達(dá)林頓陳列 — ULN2021 ULN2021 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá) 500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受 50V 的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行 。 硬件電路的設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路就是產(chǎn)生象時(shí)鐘一樣準(zhǔn)確的振蕩電路。任何工作都按時(shí)間順序。用于產(chǎn)生這個(gè)時(shí)間的電路就是時(shí)鐘電路。時(shí)鐘電路 一般由晶體振蕩器、晶震控制芯片和電容組成。 AT89C52 單片機(jī)內(nèi)部設(shè)有一個(gè)翻身相放大器所構(gòu)成的震蕩器， XTAL1 和 XTAL2 分別為振蕩電路的輸入端和 圖 34 時(shí)鐘電路 輸出端，時(shí)鐘可以有內(nèi)部或外部產(chǎn)生。內(nèi)部時(shí)鐘電路是在 XTAL1 和 XTAL2 引腳上外界定時(shí)元件，內(nèi)部震蕩電路就產(chǎn)生自己震蕩，定時(shí)元件通常采用四應(yīng)警惕和電容組成的并聯(lián)諧振回路（如下圖）。晶振頻率可以在 到 12MHZ 之間選擇，電容取 值為 5pf 到 30pf，電容可以對(duì)頻率起微調(diào)的作用。 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 復(fù)位電路，就是利用它把電路恢復(fù)到起始狀態(tài)。為確保微機(jī)系統(tǒng)中 電路 穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電 復(fù)位 。一般微機(jī)電路正常工作需要供電電源為 5V177。5% ，即 ～ 。由于微機(jī)電路是 時(shí)序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，因此在電源上電時(shí)，只有當(dāng) VCC 超過(guò) 低于 以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)，復(fù)位信號(hào)才被撤除，微機(jī)電路開始正常工作。 單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。 89 系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從 RST引腳輸入 圖 35 51單片機(jī)復(fù)位電路 到 芯片 內(nèi)的施密特 觸發(fā)器 中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且 振蕩器 穩(wěn)定后，如果 RST 引腳上有一個(gè)高電平并維持 2個(gè)機(jī)器周期 (24個(gè)振蕩周期 )以上，則 CPU 就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位 。 顯示電路設(shè)計(jì) 顯示電路是有六個(gè)八段共陰極數(shù)碼管和兩個(gè) 74hc573 八位鎖存器組成，鎖 存器的功能是實(shí)現(xiàn)當(dāng)對(duì)應(yīng)端口需要另作他用時(shí)可以讓數(shù)碼管的顯示不變化。 圖 36 八段數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì) 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 光照度傳感電路設(shè)計(jì) 圖 37 光照度傳感電路 RS232 通信電路設(shè)計(jì) Max232 芯片能實(shí)現(xiàn)單片機(jī) 5vttl 電平與 pc 機(jī) 12v串口標(biāo)準(zhǔn)電平的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn) pc 機(jī)串口與單片機(jī)串口 TXD/， RXD/ 之間交換數(shù)據(jù)，如下圖，電容選擇 104 能保證電路的穩(wěn)定性，兩個(gè)指示燈能直觀的反映數(shù)據(jù)是否傳送。 圖 38 RS232通信電路 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 ULN2021 驅(qū)動(dòng) 電路設(shè)計(jì) Uln2021 能提供更大的輸出電流驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 圖 39 ULN2021驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 見附錄 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 第 4 章 系統(tǒng)軟件方案的設(shè)計(jì) MSCOMM 控件簡(jiǎn)介 ，它允許建立串口連接，可以連接到其他通信設(shè)備（如 Modem）．還可以發(fā)送命令、進(jìn)行數(shù)據(jù)交換以及監(jiān)視和響應(yīng)在通信過(guò)程中可能發(fā)生的各種錯(cuò)誤和事件，從而可以用它創(chuàng)建全雙工 、事件驅(qū)動(dòng)的、高效實(shí)用 的通信程序。但在實(shí)際通信軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中， MSComm 控件并非像想像中那樣完美和容易控制．特別是在中文 Wln95／ 98下通信時(shí)更會(huì)