q_基于光电传感器测距系统设计

基于光电传感器测距系统设计

一、传感器的工作原理

光电传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的的传感器，它的敏感波长在可见光波长附件，包括红外线波长和紫外线波长。光敏电阻器是利用半导体光电导效应制成的一种特殊电阻器，对光线十分敏感，它的电阻值能随着外界光照强弱（明暗）变化而变化。在无光照射时，呈高阻状态；当有光照射时，其电阻值迅速减小，广泛用于各种控制电路，(自动照明灯控制电路、自动报警电路等)，家用电气（如电视机中的高度自动调节。照相机中的自动曝光控制等）及各种测量仪器中。光敏电阻又称光导管，它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可以加直流电压，也可以加交流电压。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值急剧减小，电路中的电流迅速增大，一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好，此时光敏电阻的灵敏度高。该系统可通过光敏电阻将由于距离变化引起的光照强度变化这一非电气量转化为电压这一电气量。当距离近时，光照强，光敏电阻的阻值很小；当距离远时，光照弱，光敏电阻的阻值大。

二、系统总体结构

1、传感器的选择

光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。

本文选择的是光敏电阻作为光电元件，硫化镉（Cds），光敏电阻器的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达1~10MΩ；在强光条件（100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。

2、系统功能的描述

在测量物体距离时我们采用的时光敏电阻作为本次课题的光电传感器。距离的变化引起光照强度的变化，进而光敏电阻的阻值发生变化，最终引起电路的输出电压的变化。本课题是以AT89C52单片机、AD0804转换器核心器件，ADC0804将电路中的模拟信号转换成数字信号送入单片机进行数据的处理，最后通过LCD 液晶将电路的电压显示出来。

3、系统原理框图

4、系统结构分析：

（1）光电传感器（信号采集部分）

采用光敏电阻作为信号采集器件，光敏电阻是基于光电导效应的一种光电器件，无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中的（暗电流）很小，当受到光照时，半导体材料电导率增加，，电阻减小，其阻值随光照强度而减小。光敏电阻作为光电式传感器的一种，它具有灵敏度高，光谱响应范围宽，体积小，重量轻，机械强度高，耐冲击，耐震动，抗过载能力强和寿命长等优点，所以选择光敏电阻采集光照信号，把不同的光照强度转化为不同的电阻值。把光敏电阻串联在直流电路中即可把不同的电阻值转化为不同的电压值。把对光电信号的处理

转化为对电压信号的处理。

（2）ADC0804（信号处理部分）

AD0804是一只具有20引脚8位CMOS连续近似的A/D转换器，将光敏电阻采集到的电压模拟量信号转换成数字量的信号。

（3）AT89C52(数据处理部分)

AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM）。在本次课题中，AT89C52将AD0804转换出来的数字信号进行处理，处理完成将电压通过显示器显示出来，AT89C52和AD0804的接线图如原理图所示。

（4）LCD液晶显示(显示部分)

将电压信号通过显示器显示出来，距离的改变直接通过电压显示出来，电压的大小近似取决于距离的远近。

三、主要硬件器件的功能介绍

1、AD0804的结构图

2、ADC0804引脚功能的介绍

（1）引脚1(CS )：

Chip Select，与RD、WR 接脚的输入电压高低一起判断读取或写,入与否，当其为低位准(low) 时会active。

（2）引脚2( RD )：

Read。当CS 、RD 皆为低位准(low) 时，ADC0804 会将转换后的数字讯号经由DB7 ~ DB0 输出至其它处理单元。

（3）引脚(WR )：

启动转换的控制讯号。当CS 、WR 皆为低位准(low) 时，ADC0804 做清除的动作，系统重置。当WR 由0→1且CS ＝0 时，ADC0804会开始转换信号，此时INTR 设定为高位准(high)。

（4）引脚4、引脚19 (CLKIN、CLKR)：

频率输入/输出。频率输入可连接处理单元的讯号频率范围为100kHz 至800 kHz。而频率输出最大值无法大于640KHz，一般可选用外部或内部来提供频率。（5）引脚5 ( INTR )：

中断请求。转换期间为高位准(high)，等到转换完毕时INTR 会变为低位(low)告知其它的处理单元已转换完成，可读取数字数据。

（6）引脚6、引脚7 (VIN(+)、VIN(-))：

差动模拟讯号的输入端。输入电压VIN＝VIN(+)—VIN(-)，通常使用单端输入，而将VIN(-)接地。

（7）引脚8 (A GND):模拟电压的接地端。

（8）引脚9 (VREF∕2)︰

模拟参考电压输入端。VREF 为模拟输入电压VIN 的上限值。若引脚9空接，则VIN 的上限值即为VCC。

（9）引脚10 (D GND)︰数字电压的接地端。

（10）引脚11 ~ 引脚18 (DB7 ~ DB0)︰转换后之数字数据输出端。

（11）引脚20 (Vcc)︰驱动电压输入端

3、A/D 转换电路

R1

10k

C1

150pF

VIN+6VIN-

7

VREF/29CLK IN 4 A GND 8RD

2

WR 3

INTR 5CS

1

D GND 10DB7(MSB)

11

DB612DB513DB414DB315DB216DB117DB0(LSB)

18CLK R 19VCC 20U1

ADC0804

R2

10k

R3

1k

R4

1k

7

4

63524130210W

S S S D D E E

LCD1

LM016L

DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7DB8

CS RD WR RV1

1k

A/D 转换电路如图所示，由于PROTUES 仿真软件不能仿真光敏电阻接受光照

后电阻的变化，故在ADC0804的输入端加一滑变电阻器，来代替光敏电阻产生的

0～4.92V 模拟电压，经过A/D 转换后送到单片机的P1口，从而实现电路的仿真。

4、AT89C52的结构图