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1、安徽师范大学毕业设计（论文）测量灯罩表面污染程度的电路设计年 级： 09级 学 号： 0908178 姓 名： 专 业： 电子信息工程 指导老师： 二零一三年四月摘 要 本文介绍了一种测量灯罩污染程度的电路。本设计中调制电路对光源发出的紫外光进行调制，已调制的紫外光照到车灯灯罩上，灯罩散射回来的光由对特定波长敏感的紫外光探测器接收，紫外光探测器将光强转换成电信号，电信号送至处理电路，处理电路输出电压。当灯罩污染达到一定程度时，处理电路输出高电平，启动车灯清洗器，清洗干净后，自动关闭清洗器。本设计的目的在于既能保持车灯表面清洁，又能减少对灯罩不必要的清洗，延长清洗器的寿命。关键词：污染程度；调制
2、电路；处理电路；清洗。Abstract This article introduces a kind of circuit of detecting the pollution degree of lamp shade.In this design,the modulator circuit modulates the ultraviolet light from the light source.The modulated ultraviolet shines on the lamp shade and scattered light from the lamp shade is recei
3、ved by the sensitive to a particular wavelength ultraviolet detector.The ultraviolet detector converts light into electrical signals and electrical signals sent to the processing circuit.the processing circuit outputs voltage.When the lamp shade reach a certain degree,the processing circuit outputs
4、high level.Starting the light cleaner,after wash,the cleaner will be automatically closed.The designs purpose is not only to keeping the lamp surface clean, but to reducing unnecessary cleaning to the lamp,and prolong the life of the cleaner.Keywords:pollution degree,detector,processing circuit,clea
5、ning. 目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论1 1.1 检测灯罩污染程度的背景及意义1 1.2 本论文的主要内容1第2章 设计总体方案1 2.1 总体规划 1 2.2 芯片选型及介绍2 2.2.1 单片机的选型及简介2 2.2.2 光电二极管的选型及简介3 2.2.3 电压比较器的选型及简介4 2.2.4 放大器的选型及简介5 2.2.5 其它器件的选型及简介5第3章 硬件电路的设计5 3.1 调制电路的设计5 3.2 处理电路的设计6 3.3 整体电路的设计6第4章 软件程序的设计7总结8参考文献8第1章 绪 论1.1 检测灯罩污染程度的背景及意义 车灯照明状况是夜间或光线差的
6、条件下安全行驶的重要影响因素。车灯灯罩污染程度的大小会影响照明效果，甚至导致交通事故。现有的车灯清洗装置及方法中，采用持续清洗灯罩的技术或间歇性的启动清洗装置技术或人工启动清洗装置技术，缺少判断车灯污染程度的方法，不能根据灯罩实际污染程度启动清洗装置。采用持续清洗灯罩技术会减少灯罩及清洗器的使用寿命，在大多数情况下是没有必要的；采用间歇性的启动清洗装置技术，每隔一段固定的时间自动开启清洗装置，在灯罩污染程度不高的时候是没有必要的，在污染程度高的时候可能无法及时清除灯罩表面的污物；采用人工启动清洗装置技术，不能保证车灯在工作过程中灯罩始终保持清洁，带来隐患。因此，为了克服上述技术缺陷，需要一种判
7、断灯罩表面污染程度的电路，以便控制车灯清洗装置的启动。本设计提供一种测量灯罩污染程度的电路，该电路中对特定波长敏感的紫外光探测器输出电信号的大小与车灯灯罩表面的污染程度有关，处理电路输出的电信号可用于控制车灯清洗器。避免对灯罩的不必要的清洗，延长灯罩和车灯清洗器的使用寿命；及时清洗灯罩，保持车灯在工作过程中的清洁。本设计本着学习、创新、服务人类的思想，更多的保障人们的方便及安全。1.2 本论文的主要内容本论文主要的内容就是通过一种测量灯罩污染程度的电路的硬件、软件及整体结构的实现，完成本设计，用该电路控制清洗装置，实现自动清洗的目的；本设计需要考虑芯片的选型，软硬件的调试，尽可能选择一种最佳方
8、案。第2章 设计总体方案2.1 总体规划 原理框图如下：65431287其中：1.调制电路，2.受调制的紫外光，3.车灯灯罩，4.散射光，5.对特定波长敏感的紫外光探测器，6.电信号，7.处理电路，8.车灯清洗器。调制电路包括方波信号发生器、LED驱动器和LED灯；处理电路包括放大器、选频网络、整流滤波电路和电压比较器。调制电路对光源发出的紫外光的强度进行调制，已调制的紫外光照到车灯灯罩上，灯罩散射回来的光由对特定波长敏感的紫外光探测器接收，紫外光探测器将光强转化成电信号，电信号送至处理电路进行处理，处理电路输出的电信号控制车灯清洗器； 处理电路对信号的处理过程包括放大、选频和整流滤波过程。
9、只有在车灯工作的过程中该电路才工作，检测车灯灯罩的污染程度。车灯工作时，车灯灯罩会因环境的影响而受到污染，若用现在的车灯清洗技术对灯罩进行清洗，可能会减少灯罩及车灯清洗器的使用寿命或不能及时清洗灯罩，此时，可用上述方法控制车灯清洗器，当灯罩污染达到一定程度时，启动车灯清洗器，该方法将灯罩污染程度转换为电压，将电压与设定的两个阈值电压比较以决定是否启动车灯清洗器，达到自动清洗的目的。 当整流滤波电路输出的电压小于电压比较器较小的阈值电压时，电压比较器输出低电平，关闭车灯清洗器；当整流滤波电路输出的电压在两个阈值电压之间时，电压比较器输出的电压维持原来的值不变。2.2 芯片选型及介绍 尽可能采用功
10、能强的芯片，以简化电路，功能强的芯片可以代替若干普通芯片，随着生产工艺的提高，新型芯片的的价格不断下降，并不一定比若干普通芯片价格的总和高。2.2.1 单片机的选型及简介方波信号发生器采用单片机，选用片内程序空间足够大的单片机，本设计采用AT89S51单片机，其工作电压范围为4-5.5V。表2-1 AT89S51特殊功能寄存器列表符号地址注释*ACCE0H累加器*BF0H乘法寄存器*PSWD0H程序状态字SP81H堆栈指针DPL82H数据存储器指针低8位DPH83H数据存储器指针高8位*IEA8H中断允许控制器*IPD8H中断优先控制器*P080H端口0*P190H端口1*P2A0H端口2*P
11、3B0H端口3PCON87H电源控制及波特率选择*SCON98H串行口控制器SBUF99H串行数据缓冲器*TCON88H定时器控制TMOD89H定时器方式选择TL08AH定时器0低8位TL18BH定时器1低8位TH08CH定时器0低8位TH18DH定时器1高8位注：带*号的特殊功能寄存器都是可以位寻址的寄存器AT89S51单片机内部由CPU、4KB的FPEROM ，128B的RAM，两个16位的定时/计数器T0和T1，4个8位的I/O端P0、P1、P2、P3等组成。单片微机内部最核心的部分是CPU。CPU主要功能是产生各种控制信号，控制存储器、输入/输出端口的数据传输、数据的算术运算、逻辑运算
12、以及位操作处理等，CPU按其功能可分为运算器和控制器两部分。控制器由程序计数器PC、指令储存器、指令译码器、实时控制与条件转移逻辑电路等组成。它的功能是对来自存储器中的指令进行译码，通过实时控制电路，在规定的时刻发出各种操作所需的内部和外部的控制信号，使各部分协调工作，完成指令所规定的操作。运算器由算术逻辑器部件ALU、累加器ACC、暂存器、程序状态字寄存器PSW，BCD码运算调整电路等组成。外部定时元件复位中断电源系统时钟ROMCPU定时/计数器串行I/O口并行I/O口RAM图2-1 AT89S51单片机的内部结构图为了提高数据处理和位操作功能，片内增加了一个通用寄存器B和一些专用寄存器，还
13、增加了位处理逻辑电路的功能3。其内部结构如图2-1所示。2.2.2 驱动器的选型及简介 驱动器用来驱动紫外LED灯发光，其功率应足够大。本设计采用芯片DD311。 DD311是一单通道输出的LED恒流驱动器，内建电流镜与电流开关组件，是专为驱动大功率LED而设计的芯片。DD311可驱动高达1安培的沈入电流（sink current），并可透过调整参考输入电流()来任意设定输出电流的大小。输出电流值约为100倍的，可由调整外挂电阻或偏压(bias)电压来设定。微调或使能偏压电压可校正LED间的亮度不一或实现多颗LED间整体亮度同时调整。芯片的输出端可承受高达36V的电压，支持多颗大功率LED的串
14、接应用。内建输出使能端(Enable)，可轻易地实现大功率LED的高灰阶应用。 表2-2 DD311的引脚定义脚位编号脚位名称功能1REXT 参考电流输入端 2OUT恒流输出端(open-drain 架构)3GND 接地端4 VSS 接地端5EN输出电流使能端： VEN = 0V, 输出电流关闭 VEN 3.3V, 输出电流导通 输出电流()大小是通过调整参考输入电流()来设定。约为的 100 倍。可由接在 Rext 端与偏压()电源间的外挂电阻来设定；亦可直接控制 REXT 端之偏压电压()。调整外挂电阻或值可以控制高达 1A的恒流输出范围。需注意在装置本体温度与环境温度达到平衡前，输出电流
15、会有微幅的增减情形。输出电流值可透过下列等式来概算： 芯片的散热功率受到封装与环境温度的限制，故在设定最大输出电流值到实际操作条件。最大可散热功率可由以下式子来做计算: 最大散热功率Pd(W) = (最大接面温度 Tj(C) 环境温度 Ta(C) /热阻值(C / Watt) 2.2.3 电压比较器的选型及简介电压比较器核心器件选择芯片MIC833，MIC833是一种微功率的精密双电压比较器，有一个参考电压；有高和低两个阈值电压，阈值电压由三个外界电阻确定；电压检测阈值精确到1%；电源电流极低(1a,典型。表2-3 MIC833引脚说明引脚序号引脚名称引脚功能1HTH高阈值电压，当该电压高于参
16、考电压时，输出信号发生跳变，直至低阈值电压低于参考电压，输出信号再次发生跳变2GND接地端3LTH低阈值电压，当该电压低于参考电压时，输出信号发生跳变，直至高阈值电压高于参考电压时，输出信号再次发生跳变4OUT输出端5VDD电源端2.2.4 放大器的选型及简介 放大器的放大倍数可调，以使其输出电压满足后续电路的要求。本设计中选用LF357。 LF357的电源电压VCC最大范围为22V，输入电压Vi范围为20V，差分输入电压Vid范围为40V。2.2.5 其它器件的选型及简介选择紫外LED灯、滤光片、光电二极管的光的波长范围要匹配，选型如下表。表2-4器件名称型号简介紫外LED灯SSL-LXT0
17、46375C发光波长范围375-380nm，典型值为377nm滤光片UPG-380透光波长范围在370-390nm光电二极管PR33-2-T08感应光的波长范围为200-1100nm第3章 硬件电路的设计方波信号发生器与驱动LED的电路电连接，驱动LED的电路与紫外LED灯电连接；放大器与选频电路电连接，整流滤波电路与电压比较器电连接，滤光片放在光电二极管附近，滤光片和光电二极管放在不受紫外LED灯直接发出的光线影响的位置。放大器和选频电路的位置可调换，即可先将光电二极管与放大器电连接，再将放大器与选频电路电连接，选频电路与整流滤波电路电连接；也可先将光电二极管与选频电路电连接，再将选频电路与
18、放大器电连接，放大器与整流滤波电路电连接。光电二极管采用无偏置工作电路。3.1 调制电路的设计单片机控制驱动LED的电路的工作。单片机第1引脚产生40KHZ的交流信号，在 VLED与 GND 端间加入一足够大的电容以保持LED工作电源电压（VLED）的稳定。VEN为5V，VOUT控制在3V以下时，可以有效避免过热及降低恒流陡升的可能，本设计将其设置为1V，Vbias用2.5V电源，此时ILED约为0.8A。 CLEDREXT OUT EN GND VSS+5VAT89S51 DD311 P1.0 VCC P1.1 P0.0P1.2 P0.1P1.3 P0.2P1.4 P0.3P1.5 P0.4
19、51.6 P0.5 P1.7 P0.6RST P0.7P3.0 EA/VPPP3.1 ALE/PROGP3.2 PSENP3.3 P2.7 P3.4 P2.6P3.5 P2.5 P3.6 P2.4P3.7 P2.3XTAL2 P2.2XTAL1 P2.1GND P2.0C1C2 图3-13.2 处理电路的设计 放大电路采用反向偏置电路，反向偏置电路的响应速度快，输出信号与输入信号同相位 ；采用单向桥式型RC整流滤波电路，可以使输出更加平滑；选频网络的谐振频率为40KHZ。 图3-23.3 整体电路的设计 紫外LED灯发出的光经滤光片后照到二极管上，二极管的输出接到放大器，结合上述调制电路及处理
20、电路，整个电路设计如下。图3-3第4章 软件程序的设计本设计主要用单片机产生40KHZ的方波信号，作为驱动器DD311的时能输入。周期1/40KHZ=25us，由于占空比为1:1，故计数时间约为12us，采用12MHZ晶振，计数12，用T0进行计数。本设计的程序如下： ORG 0000H SJMP STAR ORG 000BH ；T0中断入口地址 SJMP DVT0 ORG 0030H ；主程序开始地址 STAR: MOV TMOD,#02H ；选择定时/计数器T0工作方式2关闭T1 MOV IE,#82H ；开总中断和T0中断 MOV TH0,#0F4H ；向T0高8位送入初值 MOV TL
21、0,#0F4H ；向T0低8位送入初值 SETB TR0 ；启动T0 SJMP $ ；等待中断 CPL P1.0 ；P1.0输出取反 LOOP: RETI ；中断返回 END 总结本文设计的测量灯罩污染程度的电路采用了紫外LED灯，紫外光散射性好，用滤光片滤除其它光的干扰，用单片机的P1.0口作为驱动器使能端的输入信号，单片机的部分用汇编语言编写，方便用户或设计者对电路更新。通过本设计的硬件电路可以看出，本设计安装简单、成本低，是一个必要的实用的创新电路，为灯罩清洗装置提供一个自动开关，可自动清洗灯罩，提高安全性。经过两个月的努力，在老师和同学的帮助下终于彻底的做完了毕业设计的所有工作。通过这
22、次的毕业设计，我能运用已学的知识解决我在设计中遇到的问题，使自己的动手能力和思考问题的能力得到了很大的提高。在做设计的过程中我查阅了很多的资料，并认真的阅读这些与我的设计相关的资料，从而我的专业涵养得到了提高，知识的储备量也有所增加。这是我在整个设计中得到的最好的回报。我对每个电路模块分别进行了设计，但关键是如何把各个模块衔接起来，这需要对每个芯片的应用及性能熟练的掌握，对单片机的编程相对简单，只有一个程序，但是若需要多个子程序时，我还需要多加练习。通过这次设计我也发现自己的很多不足之处。在设计过程中我发现自己考虑问题很不全面，自己的专业知识掌握的不牢固，所掌握的电路设计知识还不够多，我希望自
23、己的这些不足之处能在今后的工作和学习中得到改善。而且，通过这次设计，我懂得了学习的重要性，学会了坚持和努力，这将为以后的学习做出了最好的榜样！同时，该设计也有不足之处，希望大家可以多多改善，以后我将继续学习。参考文献1 陈大钦编.电子技术基础实验(第二版)M.湖北:机械工业出版社,2001 2 李广弟.单片机基础M.北京:北航出版社，20103 彭小毛 车灯清洗装置 专利 4 周明杰 黄元元 灯具的自清洁功能实现方法及具有自清洁功能的灯具 专利 5 贾红辉 黄红锡 张海良 衣文军 张扬 常胜利 紫外光散射通信系统的数据传输速率影响的研究 国防科技大学理学院技术物理研究所6 华成英 童诗日 模拟电子技术基础 第四版 清华大学电子学教研组 7 胡学海.单片机原理及应用系统设计M.北京：京电子工业出版社，2005
