光敏传感器实验

光敏传感器实验

一、    实验目的

了解光敏传感器工作的过程，掌握针对一个光敏传感器实验的过程，深入了解其工作的机制，并且学会使用ATOS平台来进行烧录数据的操作，掌握TinyOS的基本操作方法。

二、    实验原理及基本技术路线图（方框原理图）

首先是开发平台的选择，对于传感器实验，我们选取的开发平台是ATOS。

ATOS 综合实验平台提供了一个完整的传感网实验平台，如图 1.1.1。在这个 平台中主要包括无线传感网节点、基站板、传感器模块。下面将简单介绍每个一模块的功能。

 

                               
                                           图 1.1.1 整体框架图

下面则是传感器模块以及基站板的介绍：

传感器模块是将物理世界的信息进行量化的设备，是 ATOS 实验平台中采集 数据的基本来源，传感器根据采集对象的不同，分为 A/D 式传感器及开关传感 器，ATOS 实验平台支持多达十几种传感器，使用统一连接的方式，方便使用和 替换。

基站板（或称为网关板），是 ATOS 实验平台中用于采集节点数据、烧录程 ATOS 实验平台-使用指南 4 序，以及串口通讯的多功能设备。在该平台上，在底板上已经实现每个基本节点 都可以通过基站统一烧录，不再需要用在线烧录器单独连接某个节点。 基站板上有一个射频模块连接插槽，一个传感器模块连接插槽，一个 USB 烧录线接口，USB 转串行接口以及一个标准串口。

软件：

ATOS 实验平台主要以 TinyOS 操作系统为软件平台，并在其之上扩展了许 多的应用开发中常用的组件，通过 ATOS 实验平台及其配套的组件可以快速的构 建自己的应用，而无需深入了解硬件相关的操作，这对于进行理论研究和学习原 理性知识减少了许多障碍。

下面将进行传感器原理的简介：

首先光敏传感器的核心元件就是光敏电阻，其原理如下：

光敏电阻是一种光电效应半导体器件，它能提供很经济实用的解决方案，应用于光存在 与否的感应（数字量）以及光强度的测量（模拟良）等领域。 光电效应半导体探测器可以分为两大类：结和体效应装置。结装置，工作于光电传导模 式，它利用 PN 结的反向特征。在反向偏转时，PN 结产生一个受光控制的电流信号。输出量 与触发照明成正比，而不受供应电源的影响。硅光电管就是这类的产品。而体效应光电半导 体没有结，它的体电阻系数随照明强度的增强而减小，容许更多的光电流流过。这种阻性特 征使得体效应光电半导体具有很好的品质：通过调节供应电源就可以从探测器上获得信号流， 且有着很宽的范围。为了区别，珀金埃尔默光电子将体效应光电半导体称作为光电半导体单 元，简单的说就叫光敏电阻。 光敏电阻是薄膜元件，它是由在陶瓷底衬上覆一层光电半导体材料。金属接触点盖在光 电半导体面下部。这种光电半导体材料薄膜元件有很高的电阻。所以在两个接触点之间，做 的狭小、交叉，使得在适度的光线时产生较低的阻值。

我们知道光敏电阻设计到了A/D转换的过程，因为电阻输出的是模拟量，而PC无法处理模拟量，因此为了能直接在PC端能看到数据，我们需要对于采集的数据进行A/D转换。

下面是A/D转换的原理：

A/D 转换器(Analog-to-Digital Converter)又叫模/数转换器,即是将模拟信号(电压或是电流的形式)转换成数字信号。这种数字信号可让仪表,计算机外设接口或是微处理机来加以操作或胜作使用。

A/D 转换器(ADC)的型式有很多种，方式的不同会影响测量后的精准度。

A/D 转换器的功能是把模拟量变换成数字量。由于实现这种转换的工作原理

和采用工艺技术不同，因此生产出种类繁多的A/D 转换芯片。

A/D 转换器按分辨率分为4 位、6 位、8 位、10 位、14 位、16 位和BCD

码的31/2 位、51/2 位等。按照转换速度可分为超高速（转换时间=330ns），次超高速（330~3.3μS），高速（转换时间3.3~333μS），低速（转换时间＞330μS）

对应的计算机对于采集的数据进行操作是进过A/D转换后的值，因此其流程图如下：

 

 

三、    所用仪器、材料（设备名称、型号、规格等）

1.带有CC2530 芯片的基站一个

2. 烧录线一根

3. 光传感器一个

4.一台安装有 Cygwin开发平台的PC

5.若干串口线与USB连接线

 

四、    实验方法、步骤

1.  将基站同电脑用烧录线连接好，打开基站的开关

2.  用串口线将基站和PC 机器连接起来

3.  打开串口助手

 

4.  打开Cygwin 开发环境

5. 在Cygwin 开发环境中执行/opt/atos/apps/Demos/ sensor/ADSensor/

6. 在该目录下执行make antc5 install，进行软件的编译和烧录

7. 烧录完成后，将光传感器插在基站的旁边的插槽。

 

 

8. 重启基站，看串口输出，如下图。

 

五、    关键实验代码

#include "SensorCollection.h"

#define DBG_LEV 9

module ADSensorP

{

uses

{

interface Boot;

interface AdcControl as ADSensorControl;

interface Read as ADSensorRead;

interface Timer as SensorTimer;

}

}

implementation

{

uint8_t m_len;

task void sensorTask()

{

call ADSensorControl.enable(ADC_REF_AVDD, ADC_14_BIT, ADC_AIN4);

call ADSensorRead.read();

}

event void Boot.booted()

{

ADBG(DBG_LEV, "##############Boot.booted###################\n");

call SensorTimer.startPeriodic(1000);

}

event void SensorTimer.fired()

{

post sensorTask();

}

event void ADSensorRead.readDone(error_t result, int16_t val)

{

ADBG(DBG_LEV, "AD Data = x\n" ,val);

}

}

 

六、    实验过程原始记录(数据、图表、计算等)  

实验记录：

 

实验分析：

本次实验中，我发现当光照恒定时，传感器输出值是一定的，而用手捂住传感器，那么他输出的值会变小，同理用手机闪光灯照射后他的值会变大，同时如果使用闪光那么会有一个变大的值然后恢复恒定输出。

 

 

七、    总结和体会

这个实验通过基站的搭建，将光照信号转换成电压信号，完成一个AD 数据的采集，那么今后对自己扩展的AD 传感器的数据采集原理和这个实验是一样的。锻炼了对手能力，也对这个过程有了了解。