Курсовая работа
По дисциплине «Микропроцессорные системы»
1. На тему: « Система с использованием фоторезистора ».
Автор работы:
студент группы КС-31 Баринов А.П. _________________
(подпись)
Руководитель:
доцент кафедры ИВС Морохин Д. В. _________________
(подпись)
Дата сдачи:
«___» _________ 2015 г.
Оценка: _____________
Йошкар-Ола
2015г.
Оглавление
Введение. 3
Анализ современных решений в исследуемой области. 4
Разработка схемы устройства. 5
Разработка программного обеспечения. 6
Заключение. 7
Список литературы: 8
Введение
Arduino – аппаратная вычислительная платформа, состоящая из двух основных компонентов: плата ввода-вывода и среда разработки на языке Processing/Wiring. Arduino удобна для разработки электронных устройств как для новичков, так и для профессионалов. Эта платформа пользуется огромной популярностью во всем мире из-за простого языка программирования, открытой архитектуры и программного кода. Особенность данной платформы является то, что она программируется без использования программаторов через USB. С помощью Arduino компьютер может выйти за рамки виртуального мира в физический, благодаря множеству датчиков, которые можно подключить к плате. Датчики могут получать информацию об окружающей среде, а также управлять различными исполнительными устройствами.
Может и взаимодействовать с программным обеспечением на компьютере (например, Flash, Processing, MaxMSP).
Плата Arduino состоит из микроконтроллера и элементов обвязки для программирования и интеграции с другими схемами. На многих платах так же имеется линейный стабилизатор напряжения. Тактирование осуществляется на частоте 16 или 8 МГц кварцевым резонатором (прибор, в котором пьезокристаллический эффект и явление механического резонанса используется для построения высокодобротного (свойство колебательной системы, определяющее полосу резонанса и показывающее, во сколько раз запасы энергии в системе больше, чем потери энергии за один период колебаний) резонансного элемента электронной схемы. В микроконтроллер предварительно прошивается загрузчик (программа, отвечающая за загрузку исполнительных файлов и запуск новых процессов) BootLoader, поэтому внешний программатор не нужен. Плата Arduino содержит инвертирующую схему для конвертирования уровней сигналов RS-232 (Recommended Standart 232, физический уровень для асинхронного интерфейса) в уровни ТТЛ (Транзисторно-транзисторная логика-разновидность цифровых логических микросхем, построенных на основе биполярных транзисторов (трёхэлектродный полупроводниковый прибор) и резисторов.), и наоборот.
Интегрированная среда разработки Arduino – это кросплотформенное приложение на Java, включающая в себя редактор кода, компилятор и модуль передачи прошивки в плату. Язык программирования, используемый для Arduino очень похож на СИ++, дополненный некоторыми библиотеками. Обработка программ осуществляется с помощью препроцессора, а компилируется с помощью AVR-GCC.
Существует перевод документации по Arduino на русский язык.
Оригинальные платы Arduino производит Smart Projects.
На данный момент доступны 15 версий плат, перечисленных ниже.
1. Serial Arduino, программируется через последовательное соединение (разъём DB-9), используется ATmega8.
2. Arduino Extreme, с USB-интерфейсом для программирования, используется ATmega8.
3. Arduino Mini, миниатюрная версия Arduino, использующая поверхностный монтаж ATmega328. Не содержит конвертера USB-UART.
4. Arduino Nano 3.0, ещё миниатюрнее, с питанием от USB и поверхностным монтажом ATmega328.
5. LilyPad Arduino, минималистичный дизайн для носимых применений с поверхностным монтажом ATmega168 (в новых версиях ATmega328).
6. Arduino NG, с USB-интерфейсом для программирования, используется ATmega8.
7. Arduino NG plus, с USB-интерфейсом для программирования, используется ATmega168.
8. Arduino BT, с Bluetooth-интерфейсом для программирования, используется ATmega168 (в новых версиях ATmega328).
9. Arduino Diecimila, использует USB-интерфейс и Atmega168 в DIP28 корпусе.
10. Arduino Duemilanove («2009»), на основе ATmega168 (в новых версиях ATmega328), с автоматическим выбором питания от USB или внешнего источника.
11. Arduino Mega («2009»), на основе ATmega1280.
12. Arduino Mega2560 R3 («2011»), на основе ATmega2560. Используется конвертер USB-UART на базе ATmega16U2.
13. Arduino Uno R3 (2011), на основе ATmega328. Используется конвертер USB-UART на базе ATmega16U2.
14. Arduino Ethernet (2011), на основе ATmega328. Конвертера USB-UART нет. Ethernet чип — W5100, также содержит модуль MicroSD.
15. Arduino Mega ADK for Android (2011), на основе ATmega2560. Содержит USB-хост для соединения с телефонами на базе ОС Android (м/с MAX3421e). Конвертер USB-UART на базе ATmega8U2.
Фоторези́стор — полупроводниковый прибор, изменяющий величину своего сопротивления при облучении светом.
Для изготовления фоторезисторов используют полупроводниковые материалы с шириной запрещенной зоны, оптимальной для решаемой задачи. Так, для регистрации видимого света используются фоторезисторы из селенидаи сульфида кадмия, Se. Для регистрации инфракрасного излучения используются Ge (чистый или легированный примесями Au, Cu или Zn), Si, PbS, PbSe, PbTe, InSb, InAs, HgCdTe, часто охлаждаемые до низких температур. Полупроводник наносят в виде тонкого слоя на стеклянную или кварцевую подложку или вырезают в виде тонкой пластинки из монокристалла. Слой или пластинку полупроводника снабжают двумя электродами и помещают в защитный корпус.
Важнейшие параметры фоторезисторов:
· интегральная чувствительность — отношение изменения напряжения на единицу мощности падающего излучения (при номинальном значении напряжения питания);
· порог чувствительности — величина минимального сигнала, регистрируемого фоторезистором, отнесённая к единице полосы рабочих частот.
Анализ современных решений в исследуемой области.
Нужно рассмотреть состояние дел в исследуемой области, описать существующие аппаратные и программные решения поставленной задачи.
В заключении описать, на чем будет основано решение задачи в данном пректе (с использованием контроллера Ардуино и заданного датчика или исполнительного механизма).
В данном курсовом проекте будет собран фоторезистор.
Для этого нам понадобиться следующие детали:
· плата Arduino
· 6 проводов “папа-папа”
· фоторезистор
· светодиод
· резистор на 220 Ом
· резистор на 10 кОм
· программа Arduino IDE
Фоторезистор (от фото- и резистор), представляет собой полупроводниковый резистор, омическое сопротивление которого определяется степенью освещенности. В основе принципа действия фоторезисторов лежит явление фотопроводимости полупроводников. Фотопроводимость — увеличение электрической проводимости полупроводника под действием света. Причина фотопроводимости — увеличение концентрации носителей заряда — электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне. Светочувствительный слой полупроводникового материала в таких сопротивлениях помещен между двумя токопроводящими электродами. Под воздействием светового потока электрическое сопротивление слоя меняется в несколько раз (у некоторых типов фотосопротивлений оно уменьшается на два-три порядка). В зависимости от применяемого слоя полупроводникового материала фотосопротивления подразделяются на сернисто-свинцовые, сернисто-кадмиевые, сернисто-висмутовые и поликристаллические селено-кадмиевые. Фотосопротивления обладают высокой чувствительностью, стабильностью, они экономичны и надежны в эксплуатации. В целом ряде случаев они с успехом заменяют вакуумные и газонаполненные фотоэлементы.
Основные характеристики фотосопротивлений:
• Рабочая площадь.
• Темновое сопротивление (сопротивление в полной темноте), варьируется в обычных приборах от 1000 до 100000000 Ом.
• Удельная чувствительность
где Ai — фототок, равный разности токов в темноте и на свету; Ф — световой поток; U — приложенное напряжение.
• Предельное рабочее напряжение (как правило от 1 до 1000 В).
• Среднее относительное изменение сопротивления в процентах (обычно лежит в пределах 10…99,9%):
где RT и Rc — сопротивление в темноте и в освещенном состоянии соответственно.
• Средняя кратность изменения сопротивления (как правило от 1 до 1000). Определяется соотношением: RT/RC.
Основными характеристиками фоторезисторов являются:
• Вольт-амперная (ВАХ), характеризующая зависимость фототока (при постоянном световом потоке Ф) или темнового тока от приложенного напряжения. Для фоторезисторов эта зависимость практически линейна. Закон Ома нарушается только при высоких напряжениях, приложенных к фоторезистору.
Световая (люкс-амперная), характеризующая зависимость фототока от падающего светового потока постоянного спектрального состава. Полупроводниковые фоторезисторы имеют нелинейную люкс-амперную характеристику. Наибольшая чувствительность получается при малых освещенностях. Это позволяет использовать фоторезисторы для измерения очень малых интенсивностей излучения. При увеличении освещенности световой ток растет примерно пропорционально корню квадратному из освещенности. Наклон люкс-амперной характеристики зависит от приложенного к фоторезистору напряжения.
• Спектральная, характеризующая чувствительность фоторезистора при действии на него потока излучения постоянной мощности определенной длины волны. Спектральная характеристика определяется материалом, используемым для изготовления светочувствительного элемента. Сернисто-кад- миевые фоторезисторы имеют высокую чувствительность в видимой области спектра, селенисто-кадмиевые — в красной, а сернисто-свинцовые — в инфракрасной.
• Частотная, характеризующая чувствительность фоторезистора при действии на него светового потока, изменяющегося с определенной частотой. Наличие инерционности у фоторезисторов приводит к тому, что величина их фототока зависит от частоты модуляции падающего на них светового потока — с увеличением частоты светового потока фототок уменьшается. Инерционность ограничивает возможности применения фоторезисторов при работе с переменными световыми потоками высокой частоты.
ТИПОВЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ФОТОРЕЗИСТОРОВ
| Вид фоторезисторов | Старое обозначение | Новое обозначение |
| Сернисто-свинцовые | ФСА-0, ФСА-1, ФСА-6, ФСА-Г1, ФСА-Г2 | |
| Сернисто-кадмиевые | ФСК-0, 1, 2, 4, 5, 6, 7, ФСК-Г1, ФСК-Г2, ФС'Р;-Г7, ФСК-П1 | СФ2-1, 2, 4, 9, 12 |
| Селенисто-кадмиевые | ФСД-0, ФСД-1, ФСД-Г1 | СФ3-1, 8 |