光照度计的设计

生产实习报告书

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1．生产实习题目

光照度计的设计、仿真与制作 2．任务和要求

（1）利用硅光电池将接收到的光信号转换成电信号；

（2）利用A ／D 转换器ICL7107将输入的模拟电压信号转化成数字信号；

（3）通过LED 共阳极数码管将该输出值直接显示，由此构成数字照度计。

3．总体方案的选择

4．单元电路的设计

照度是受光照平面上接受的光通量的面密度。数字照度计是用于测量被照面上的光照度的仪器，是光学测量中用得最多的仪器之一。 本设计的照度计由光度头和读数显示器两部分组成 。 （1）光度头的设计

硅光电池是一种能将光能直接转换成电能的半导体器件。它实质上是一个大面积的半导体PN 结。硅光电池的基体材料为一薄片P 型单晶硅，其厚度在0.44mm 以栅状电极下，在它的表面上利用热扩散法生成一层N 型受光层，基体和受光层的交接处形成PN 结。在N 型受光层上制作有栅状负电极，另外在受光面上还均匀覆盖有抗反射膜，它是一层很薄的天蓝色一氧化硅膜，可以使电池对有效人射光的吸收率达到90%以上，并使硅光电池的短路电流增加25%-30%。

硅光电池的工作原理是光生伏特效应。当光照射在硅光电池的PN 结区时，会在半导体中激发出光生电子一空穴对。PN 结两边的光生电子一空穴对，在内电场的作用下，属于多数载流子的不能穿越阻挡层，而少数载流子却能穿越阻挡层。结果，P 区的光生电子进入N 区，N 区的光生空穴进入p 区，使每个区中的光生电子一空穴对分割开来。光生电子在N 区的集结使N 区带负电，光生电子

光电转换前置放大

A/D 模数转换器7107

数码管显示

在p区的集结使P区带正电。P区和N区之间产生光生电动势。当硅光电池接人负载后，光电流从P区经负载流至NE，负载中即得到功率输出。

图3是光电池的工作原理框图，光电池把接收到的光信号转变为与之成正比的电流信号，再经I/V转换模块把光电流信号转换成与之成正比的电压信号。当发送的光信号被正弦信号调制时，则光电池输出电压信号中将包含正弦信号，据此可通过示波器测定光电池的频率响应特性。

光度头又称光探头，主要是接收光信号，然后通过硅光电池把它转化成电信号，再通过分压电路转化成A／D转化器可接受的信号。光度头由硅光电池、电阻和滑动变阻器组成，如图l所示。其中R1、R2、R3、R4为换档及反馈电阻，R5为可调电阻，OP为运算放大器。可调电阻R5外接数字电压表。

（2）显示器的设计

显示器把模拟信号转化成数字信号，并通过数码管显示出相应的照度值。主要由A／D转化器7107、共阳极数码管构成。其中：C3和R4构成输入端阻容滤波电路，R1和Rp1，构成分压电路，R5和C5分别是积分电阻和积分电容，C2和C4分别为基准电容和自动调零电容，R2和C1分别为振荡电阻和电容。

5．总体电路图的设计

(1) 光度头的软件设计

(2) 显示器的软件设计

7．设计过程中发生的问题及解决的方法

在调试过程中，接上电源，发现LED没有反应，检查电路发现是LED的数据输入端和ICL7107的输出端接反了。改正上述错误后，显示屏亮了，可发现显示的乱码而且显示很不稳定，检查电路后发现是电路中某些接触点接触不良。将这些接触点重新连接了一遍，显示屏终于显示了照度值，但数值很不稳定，从十几勒克斯到两百多勒克斯无规律跳变，可能是A/D输出出错，检查电路，确定ICL7107 INT BUFF A-Z端口接反了，导致输出数值放大了几百倍，因此出现微弱信号变化就使数值改变很大。改正此处电路后，终于显示了正常稳定的照度值。

8．分析和总结

首先这次课程设计是对以前学过的相关知识的一次综合的运用，是把课本知识转化为生活实际的一次实践性的实验，很大程度上锻炼了我的思考问题解决问题的能力，实验的内容贴近生活实际,使我们可以用自己所学的知识解决实际问题。这次课程设计在很大程度上调动了我的积极性和对专业浓厚的兴趣。

课程设计开始，对知识系统而全面进行了梳理，遇到难处先是苦思冥想再向同学请教，终于熟练掌握了基本理论知识，而且领悟诸多平时学习难以理解掌握的较难知识，学会了如何思考的思维方式，找到了设计的灵感。总的来说这次课程设计相对比较顺利，但是也遇到了一些问题，遇到问题并不是什么坏事，通过自己的思考以及向老师咨询，等把问题弄懂了，自己也从中学到了很多知识。在以后的课程中还要继续学习其他知识，以解决真正的实际问题，真正达到学以致用。

9．参考文献

[1]康华光.电子技术基础：高等教育出版社。2006

[2]朱清慧，张凤蕊，翟天嵩.Proteus教程：清华大学出版社。2008

10.过程考核表和成绩鉴定表

学生姓名徐一鸣班级/学号光信息1003/05103101 承担任务实验室（单位）3#实验楼240 所在部门光电子技术系实施时间2013年9月9日—2013年9月20日

具体内容第一周

照度计电路设计与proteus仿真第二周照度计电路系统的搭建与调试……

指导教师（师傅）姓名王展云职务或职称讲师

指导教师（师傅）对学生的评价学习态度□认真□一般□不认真

学习纪律□全勤□偶尔缺勤□经常缺勤实践能力□很强□一般□较差

指导教师（师傅）对学生

专业知识或社会实践能

力等情况的意见指导教师（师傅）签字

年月日

学生姓名徐一鸣班级/学号光信息1003/05103101进行时间2013年9月9日—2013年9月20日

成绩鉴定学习内容

（20分）

与教学任务计划结合程度（10分）

与专业培养结合程度（6分）

其它（4分）

接受单位

评价

（20分）

实践能力（10分）

学习态度（6分）

学习纪律（4分）

报告鉴定

（60分）

报告内容与实践过程紧密结合（15分）

报告内容与教学计划内容紧密结合（15分）

报告质量(主题、结构、观点、逻辑、资料、字数30

分)

评阅教师姓名王展云职称讲师成绩

评语

评阅教师签字

年月日