基于虚拟仪器的光敏电阻阻值测量装置的设计毕业设计论文.docx
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基于虚拟仪器的光敏电阻阻值测量装置的设计毕业设计论文
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
日 期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
第一章概述
虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。
灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。
这也正是NI近30年来始终引领测试测量行业发展趋势的原因所在。
只有同时拥有高效的软件、模块化I/O硬件和用于集成的软硬件平台这三大组成部分，才能充分发挥虚拟仪器技术性能高、扩展性强、开发时间少，以及出色的集成这四大优势。
虚拟仪器是今后仪器仪表、测试控制研究与发展的方向，用NI公司的Labview作为软件开发平台，比常用的面向对象软件编程难度大大降低，使得软件开发效率高，界面友好，功能强大，且扩展性好，对采集到的数据可用于高级分析库进行信号处理，也可以为了使所得测试曲线符合实际情况，进行拟合处理。
总之，虚拟仪器有强大的功能，它强调“软件就是仪器”，用软件代替硬件，易开发、易调试，可有效节约资金。
基于虚拟仪器的各种优势本课题决定使用Labview平台，设计一个光电检测系统，能够实现光敏电阻在光照强度不同状态下电阻的测量和测量过程的变化曲线。
检测系统使用LabView数据采集卡和自制的电路板。
第二章软件与硬件的结合及应用
2.1使用什么软件进行编程
本题目运用Labview为软件开发平台，为什么选择它呢？
下面我列举了两个理由：
（1）较为完整的测试系统：
Labview提供了一种全新的程序编程法，即对虚拟仪器软件对象进行图形化组合操作；全面兼容NI公司的所有数据采集，信号调理和仪器控制等硬件产品，包括：
GPIB，PXI，VXI，VME，串口，PLC，CAN以及插入式数据采集板卡；数据类型众多还可以通过网络共享数据库和结构化查询语言（SQL）等方式与其他的数据源相联系；有CIN节点和MATLAB节点用于连接外部代码。
（2）高效的编程率：
Labview是一个高效的图形化程序设计环境，他结合了简单易用的图形式开发环境与灵活强大的G语言编程，提供了一个直觉式的环境，并于测量紧密结合，让工程师与科学家迅速开发出有关的数据采集，分析及显示的解决方案。
2.1.1Labview的特点
（1）用于常用测量与自动化应用程序的交互式ExpressVI；应用程序模板与设计模式以创建常用应用程序。
（2）内置的编译器可加快执行速度，支持条件断点和自定义探针，自动错误处理。
（3）内置的GPIB、VXI、串口和插入式DAQ板的库函数，利用NIDAQ7.0和DAQAssistant完成数据采集任务与自动代码。
（4）650多种SCPI仪器驱动程序，利用仪器I/OAssistant完成交互式仪器控制与代码生成。
（5）内容丰富的高级分析库，可进行信号处理、统计、曲线拟合以及复杂的分析工作。
（6）直观明了的前面板用户界面和流程图式的编程风格，GUI对象的属性设置页面。
（7）利用ActiveX、DDE以及TCP/IP进行网络连接和进程通讯，缓冲DataSocket，用Email传送VI数。
（8）适用于WindowsNT/9x/3.1、MacOSX、HP-UX、Sun以及Concurrent实时计算机。
（9）3D图形控件，增加了模块化和可视化的灵活性。
（10）可缩放的前面板，用户可以移植他们的程序而无需手动改变控件的大小。
（11）增强了报告的生成，可以快速地建立和打印格式化报表。
（12）增强图形，包括Smith和极坐标图，可以以定制图形和动画。
（13）基于Web的应用程序开发，便捷连接.NETWeb服务，基于网络的帮助工具及更强的搜索工具。
（14）与MathWorks的MATLAB及NI的HiQ的无缝地集成。
（15）带有声音与振动、信号处理、DSP等附加工具包。
（16）LabVIEW运行于FPGA*上和LabVIEW运行于PalmOS与PocketPCPDA上。
（17）对齐网格（AlignmentGrid），子面板（Subpanel）和树形控件，反馈节点和平序结构，自动走线，动态及用户自定义事件。
2.1.2Labview的历史与发展
（1）从20世纪70年代末期：
在美国应用研究实验室（AppliedResearchLaboratory）产生VI概念的雏形。
（2）1986年：
发布Macintosh平台下的LabVIEW 1.0
（3）1988年：
发布Macintosh平台下的LabVIEW 2.0
（4）1990年：
虚拟仪器面板和结构化数据流图获两项美国专利
（5）1994年：
发布LabVIEW3.0带有附加工具包
（6）1996年：
发布LabVIEW4.0增加自定义界面和ApplicationBuilder
（7）发布LabVIEW5.0支持多线程
（8）2000年：
发布LabVIEW6i集成因特网功能
（9）2001年：
发布LabVIEW6.1实现远程控制和增加事件结构等重要功能
（10）2003年发布LabVIEW7，增加了Express VI。
（11）2004年发布LabVIEW&trade7.1增加了许多全新的功能。
（12）2005年发布LabVIEW8.0增加了许多全新的功能。
（13）2006年8月发布LabVIEW8.2有了第一个中文版的开发环境。
（14）2007年8月发布LabVIEW8.5。
如今Labview是NationalInstruments（简称NI）公司一个划时代的图形化编程系统（GraphicalLanguage），应用于数据采集与控制、数据分析，以及数据表达等方面，它提供了一种全新的程序编写方法，其即对称之为虚拟仪器（VirtualInstruments，VIs）的软件对象进行图形化的组合操作，可以利用上千种设备进行数据采集，包括：
GPIB、VXI、PXI、串口、PLC以及插入式数据采集板。
可以通过网络、SQL等方式与其它的数据源相联。
据独立的市场调查分析，Labview是科学家和工程师们进行测试系统及检测仪器应用开发的首选工具。
图1基于Labview的典型虚拟仪器系统
2.2硬件的介绍
2.2.1光敏电阻的原理及特性
光敏电阻器件是光信号转换类传感器,它的敏感波长在可见光波长附近,包括红外线波长和紫外线波长。
光敏电阻不只局限于对光的探测,它还可以作为探测元件组成其他传感器,对许多非电量进行检测,只要将这些非电量转换为光信号的变化即可,因而在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。
本课题主要用于光敏电阻的光照特性等的研究。
根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：
紫外光敏电阻器：
对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等，用于探测紫外线。
红外光敏电阻器：
主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。
锑化铟等光敏电阻器，广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。
可见光光敏电阻器：
包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。
主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。
光敏电阻的主要参数是：
（1）光电流、亮电阻。
光敏电阻器在一定的外加电压下，当有光照射时，流过的电流称为光电流，外加电压与光电流之比称为亮电阻，常用“100LX”表示。
（2）暗电流、暗电阻。
光敏电阻在一定的外加电压下，当没有光照射的时候，流过的电流称为暗电流。
外加电压与暗电流之比称为暗电阻，常用“0LX”表示。
（3）灵敏度。
灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗电阻）与受光照射时的电阻值（亮电阻）的相对变化值。
（4）光谱响应。
光谱响应又称光谱灵敏度，是指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的灵敏度。
若将不同波长下的灵敏度画成曲线，就可以得到光谱响应的曲线。
（5）光照特性。
光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。
从光敏电阻的光照特性曲线可以看出，随着的光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降。
若进一步增大光照强度，则电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓。
在大多数情况下，该特性为非线性。
（6）伏安特性曲线。
伏安特性曲线用来描述光敏电阻的外加电压与光电流的关系，对于光敏器件来说，其光电流随外加电压的增大而增大。
（7）温度系数。
光敏电阻的光电效应受温度影响较大，部分光敏电阻在低温下的光电灵敏较高，而在高温下的灵敏度则较低。
（8）额定功率。
额定功率是指光敏电阻用于某种线路中所允许消耗的功率，当温度升高时，其消耗的功率就降低。
光敏电阻工作原理
构成光敏电阻的材料有金属硫化物、硒化物以及蹄化物等半导体。
半导体的导电能力取决于自身载流子的多少。
当光透过透明窗照射到梳状电极上时，若光子能量hf大于半导体的禁带宽度，则价带中的电子吸收能量后跃迁到导带，成为自由电子，同时产生空穴。
电子一空穴对的不断增加，则使半异体的正向电阻迅速变小。
光照越强，产生的电子一空穴对越多，其电阻下降越快。
入射光消失，电子一空穴对因电极性相反而逐渐复合，电阻随之逐渐恢复原值。
光敏电阻的特性与参数
（1）暗电阻将光敏电阻至于室温，无光照条件下，用精密惠斯登电桥测得的稳定电阻值称为暗电阻，通常大于1M欧姆。
光敏电阻受温度影响较大，温度上升，暗电阻及测量灵敏度下降。
（2）光电特性当光敏电阻两电极问施加电压不变时，光照度与电阻及电流问的关系称为光电特性。
一般光电特性曲线如图2所示。
图2光敏电阻的特性曲线
图3光敏电阻工作原理图
图4左为光敏电阻实物图右为光敏电阻结构图
伏安特性
在一定照度下，加在光敏电阻两端的电压与电流之间的关系称为伏安特性。
图9中，曲线1、2分别表示照度为零及照度为某值时的伏安特性。
由曲线可知，在给定偏压下,光照度较大，光电流也越大。
在一定的光照度下，所加的电压越大，光电流越大，而且无饱和现象。
但是电压不能无限地增大，因为任何光敏电阻都受额定功率、最高工作电压和额定电流的限制。
超过最高工作电压和最大额定电流，可能导致光敏电阻永久性损坏。
图5为光敏电阻伏安特性
2.2.2LED的简介及特性
LED英文单词的缩写，主要含义：
LED=LightEmittingDiode，发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。
LED（LED=LightEmittingDiode），发光二极管，主要由支架、银胶、晶片、金线、环氧树脂五种物料所组成。
它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。
据分析，LED的特点非常明
图6为LED灯泡以及灯具图片
显，寿命长、光效高、低辐射与低功耗。
白光LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，其发光效率可超过1501m/W（2010年）。
将LED与普通白炽灯、螺旋节能灯及T5三基色荧光灯进行对比，结果显示：
普通白炽灯的光效为121m/W，寿命小于2000小时，螺旋节能灯的光效为60lm/W，寿命小于8000小时，T5荧光灯则为96lm/W，寿命大约为10000小时，而直径为5毫米的白光LED光效理论上可以超过150lm/W，寿命可大于100000小时。
有人还预测，未来的LED寿命上限将无穷大。
然而，LED灯的工作原理使得在大功率LED照明行业里散热问题变得非常突出，许多LED照明方案不够重视散热，或者是技术水平有限，所以目前量产的大功率LED灯普遍存在实际使用寿命远远不如理论值，性价比低于传统灯具的尴尬情况。
为了提高LED灯具的使用寿命，真正做到适合商业化的量产，LED照明行业正在独立或者和专业的导热材料供应商合作加紧研制新型导热材料，比如导热塑料等等。
大功率LED，一般指大于0.65w，这一点不同公司内部也会有不同的标准，因为目前在大功率LED领域还没有形成大家一致认可的行业标准。
光强与流明比小功率大，但同样散热也很大，现在大功率大多是单颗应用，加上有效散热面积很大的散热片，也出现了集成在一起的LED灯矩阵，但是散热效果不是很好。
小功率一般是0.06W左右的。
现在LED手电一般是用小功率用的，光散不散，取决于LED的发光角度，有大角度小角度之分，小角度不散，大角度才散。
市面上的手电筒一般是用草帽头做的。
效果很好。
现在就担心有些厂家不重质量，拿的次品LED做电筒，用不了多久就有死灯。
LED的亮度是跟LED的发光角度有必然关系的，LED的角度越小它的亮度越高,没有什么超亮不超亮的，那是骗小孩的，如果是质量好的LED不管是哪家LED厂家生产的大家的亮度都差不多的,只是生产工艺不一样，使用寿命略有不同，因为大家用的都是那几家国外的LED芯片。
如果是5MM的LED180度角的白光的发光强度只有几百MCD，如果是15度角的光强就要去到一万多两万MCD的了，光强相差好几十倍了，如果是用于照明用的，在户外最好是用大功率的LED了，亮度就更高了，单个功率有1W，3W，5W，还有的是用多个大功率组合成一个大功率的LED，功率去到几百都有。
色温和亮度没关系，而亮度和流明值有关，来看几个相关概念：
（1）光通量 （lm）
由于人眼对不同波长的电磁波具有不同的灵敏度，我们不能直接用光源的辐射功率或辐射通量来衡量光能量，必须采用以人眼对光的感觉量为基准的单位----光通量来衡量。
光通量用符号Φ表示，单位为流明（lm）。
（2）发光强度（cd） 光通量是说明某一光源向四周空间发射出的总光能量。
不同光源发出的光通量在空间的分布是不同的。
发光强度的单位为坎德拉，符号为cd，它表示光源在某单位球面体立体角（该物体表面对点光源形成的角）内发射出的光通量。
1cd=1lm/1sr（sr：
立体角的球面度单位）。
（3）亮度（cd/m2） 亮度是表示眼睛从某一方向所看到物体发射光的强度。
单位为坎德拉/平方米[cd/m2]，符号为L，表明发光体在特定方向单位立体角单位面积内的光通量，它等于1平方米表面上发出1坎德拉的发光强度。
（4）色温 （colortemperature） 当光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色相同时，黑体的温度就称为该光源的色温，用绝对温度K（开尔文，开氏度=摄氏度+273.15）表示。
显色性（Colorrenderingproperty） 原则上，人造光线应与自然光线相同，使人的肉眼能正确辨别事物的颜色，当然，这要根据照明的位置和目的而定。
光源对于物体颜色呈现的程度称为显色性。
通常叫做"显色指数"（Ra）。
显色性是指事物的真实颜色（其自身的色泽）与某一标准光源下所显示的颜色关系。
Ra值的确定，是将DIN6169标准中定义的8种测试颜色在标准光源和被测试光源下做比较，色差越小则表明被测光源颜色的显色性越好。
Ra值为100的光源表示，事物在其灯光下显示出来的颜色与在标准光源下一致.
鉴于LED的自身优势，目前主要应用于以下几大方面：
（1）显示屏、交通讯号显示光源的应用LED灯具有抗震耐冲击、光响应速度快、省电和寿命长等特点，广泛应用于各种室内、户外显示屏，分为全色、双色和单色显示屏，全国共有100多个单位在开发生产。
交通信号灯主要用超高亮度红、绿、黄色LED,因为采用LED信号灯既节能，可靠性又高，所以在全国范围内，交通信号灯正在逐步更新换代，而且推广速度快，市场需求量很大，是个很好的市场机会。
（2）汽车工业上的应用汽车用灯包含汽车内部的仪表板、音响指示灯、开关的背光源、阅读灯和外部的刹车灯、尾灯、侧灯以及头灯等。
汽车用白炽灯不耐震动撞击、易损坏、寿命短，需要经常更换。
1987年，我国开始在汽车上安装高位刹车灯。
由于LED响应速度快,可以及早提醒司机刹车，减少汽车追尾事故，在发达国家，使用LED制造的中央后置高位刹车灯已成为汽车的标准件，美国HP公司在1996年推出的LED汽车尾灯模组可以随意组合成各种汽车尾灯。
此外，在汽车仪表板及其他各种照明部分的光源，都可用超高亮度发光灯来担当，所以均在逐步采用LED显示。
我国汽车工业正处于大发展时期，是推广超高亮度LED的极好时机。
近几年内会形成年产10亿元的产值，5年内会形成每年30亿元的产值。
（3）LED背光源以高效侧发光的背光源最为引人注目，LED作为LCD背光源应用，具有寿命长、发光效率高、无干扰和性价比高等特点，已广泛应用于电子手表、手机、BP机、电子计算器和刷卡机上，随着便携电子产品日趋小型化，LED背光源更具优势，因此背光源制作技术将向更薄型、低功耗和均匀一致方面发展。
LED是手机关键器件，一部普通手机或小灵通约需使用10只LED器件，而一部彩屏和带有照相功能的手机则需要使用约20只LED器件。
现阶段手机背光源用量非常大，一年要用35亿只LED芯片。
目前我国手机生产量很大，而且大部分LED背光源还是进口的，对于国产LED产品来说，这是个极好的市场机会。
（4）LED照明光源早期的产品发光效率低，光强一般只能达到几个到几十个mcd，适用在室内场合，在家电、仪器仪表、通讯设备、微机及玩具等方面应用。
目前直接目标是LED光源替代白炽灯和荧光灯，这种替代趋势已从局部应用领域开始发展。
日本为节约能源，正在计划替代白炽灯的发光二极管项目（称为"照亮日本"），头五年的预算为50亿日元，如果LED替代半数的白炽灯和荧光灯，每年可节约相当于60亿升原油的能源,相当于五个1.35×106kW核电站的发电量，并可减少二氧化碳和其它温室气体的产生，改善人们生活居住的环境。
我国也于2004年投资50亿大力发展节能环
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