论文总字数：19472字

摘 要

利用现时代所流行的“智能化”的趋势以及“节能环保”的工业设计理念，特此在如今备受关注的现代建筑结构中，利用本专业相关知识，设计智能透明穹顶系统，使得日后建筑可以以此作为参考设计的资源。传统穹顶普遍使用遮阳帘控制射入室内光强。而遮阳帘大多为电控机械结构，维修和安装均较为复杂。本着以节能减排的理念将智能控光和美观实用集为一体的目标，本课题通过综合液晶的电光效应、光伏电池的光伏效应、单片机技术，制作了一套智能穹顶系统。使其能够在现代大型建筑如商场、车站、机场等中能有良好的应用，并且可以完成智能根据自然光的光强来控制建筑物室内的光强变化。保证现代充分利用可再生资源的理念，秉行充分利用天然资源且对地球不会造成污染。相信智能穹顶系统的设计能够对日后的大型建筑的建筑设计有着很好的应用市场。

关键词：电光效应 光伏效应 光敏电阻 单片机

Design of Intelligent Dome System Based on Liquid Crystal Electro-optical Effect

Abstract

Utilizing the trend of “intelligence” popular in the modern era and the industrial design concept of “energy saving and environmental protection”, we are now designing a smart transparent dome system in the modern building structure that is now receiving much attention, so that the building can be built in the future. Use this as a reference design resource. Traditional domes generally use sunshades to control the intensity of light entering the room. Most of the sunshades are electronically controlled mechanical structures, which are complicated to repair and install. Based on the concept of energy-saving and emission reduction, the intelligent light control and aesthetics are integrated into one. This topic has produced a set of intelligent dome system by integrating the electro-optic effect of liquid crystal, the photovoltaic effect of photovoltaic cells and single-chip technology. It can be used in modern large-scale buildings such as shopping malls, stations, airports, etc., and can be intelligently controlled according to the intensity of natural light to control the change of light intensity in the building. Ensuring the modern concept of making full use of renewable resources, making full use of natural resources and not polluting the earth. It is believed that the design of the intelligent dome system can have a good application market for the architectural design of large buildings in the future.

Key Words: Electrooptic effect、Photovoltaic effect、Photoresistance、Single chip microcomputer

目 录

摘 要 II

Abstract III

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2液晶屏的显示原理 1

1.3液晶电光效应 2

1.3.1电光效应的工作原理 2

1.3.2 扭曲型液晶屏电光效应 3

1.3.3 液晶屏电光效应的应用 3

1.4 光伏电池 4

1.4.1光伏电池的介绍 4

1.4.2 光伏电池的光伏效应 4

1.5 本课题的设计意义 5

第二章 智能穹顶系统的总体设计方案 6

2.1智能穹顶系统的设计思路 6

2.2 智能穹顶系统主要器件 7

2.2.1扭曲向列型常白液晶盒 7

2.2.2光伏电池板 8

第三章 核心元器件单片机的选择和运用 9

3.1单片机的现状 9

3.2 STC89C52RC单片机的工作原理 10

3.3穹顶智能系统STC89C53RC单片机的运行程序 11

第四章 系统硬件部分选择与设计 19

4.1 光伏电池稳压电路的设计 19

4.2 光强信号的数模转换电路 19

4.3 脉冲宽度与调制 20

第五章 结论 21

5.1 课题总结 21

5.2 课题发展 24

参考文献 25

致谢 27

第一章 绪论

1.1研究背景

如今时代不断进步，以及科技的飞速创新发展，“节能环保”已成为如今建筑工序上的一个核心准则。而秉持着这一理念与标准，智能化的设计工序和系统作为一大主流，以其智能一体化的工序直接完成对设计的目的一次性实现。随着建筑风格的多样化，但都更倾向于建筑物的美观与功能一体化的要求，旨在保证美观的同时还能兼顾该结构所应担负的责任。而对于本次毕业课题所涉及到的穹顶dome，原是由英国建筑派所提出的创意，起初是以半拱形的模样来彰显尤其是大型建筑物的复古与美观。但如今，有关穹顶在中国的设计，建筑设计师们在对大型公共建筑穹顶的设计时，不止对其美观有一定要求，对于其穹顶能够利用其结构风格的特点，充分发挥作用接收光照，引进光线，对于建筑物电力的节省也有相当大的帮助。而基于这一想法，也就是本次课题设计的目的性。以多功能化搭建穹顶的设计，将单片机作为核心处理部分，选择合适传感器，利用搭建电路，完成整个工业设计的桥梁，实现智能透明穹顶的建造。

1.2液晶屏的显示原理

从1888年以来至今，一位来自奥地利国家名叫Leniitz Reinitzer的植物科学家在固、液态形式之间偶然发现了一类比较特殊的混合物质。经研究后发现，这个物质可以具有固、液形式材料的双重性质，例如液态材料的粘度、形变和其他固态材料，同时具备晶体的热、光、电、磁等物理性质。当时为了给其命名，想了大量的名词，但始终找不到适合其特性的称呼，于是最终命名为液态的晶体。而随后的研究发现，液晶的组成物质为一种以碳为中心的有机化合物^[1]。接下来，在地处美国的一个研究中心，一位工程师惊讶的发现，液晶的分子很有可能会似的分子排列发生改变，并且在接收到强烈电压时会发生偏射光。所以就是因为这个液晶技术，发明了世界第一块液晶显示器是由来自美国的RCA公司并申请了美国专利。并在随后的几年，使得液晶显示LCD（Liquid Crystal Display）技术加以研发和推广，使得液晶开始广泛被运用与一般的电子产品中，例如一般的电子产品、计算机、电子表、手机屏幕、医院所使用仪器等各种商业领域中。

1.3液晶电光效应

1.3.1电光效应的工作原理

在电场的外力作用下，由某种特殊的透明材料所展现出的光学差异性，电光效应该把它称之为由某种特定的材料，其自身的光学性质诱发各种电光效应。这其中还涵盖了1876年Kerr发现的二次电光效应（我们也把它称之为克尔效应）。1894年的时候，Pokels他发现了在各种晶体里，尤其是压电晶体，在外加电场后可以改变其各向异性性质的现象的普克尔斯效应^[2]。而电光效应利用其自身有很短的响应时间（可以跟上频率为10Hz的电场变化）的特点，在一些人们科学研究实验中具有着重大实际意义，其中就涵盖了用于急速摄影的快门和光束斩波器。同时由于激光的出现，电光效应的应用和研究更是得到了迅速发展，如激光通信、激光测量、激光数据处理等。

而大家普遍口中说起的液晶电光效应指的是液晶分子状态、电子常数、电导率和折射率的差异性。每当对材料进行额外施加电场时，液晶分子的光学特征就会伴随着取向结构而发生变化。如今全国有很多大学，为较为深入的培养理工科大学生的创新能力，正在不断尝试改革以提高学生自主性，同时还有科研能力和实验的动手能力，他们非常愿意通过示例性的液晶电光效应实验以此来研究和改革现有的物理实验^[3]。液晶作为一种高分子材料，以其特殊的物理、化学、光学性质，现已被广泛应用于轻薄的显示技术上例^[4]。比如，现有的光学调制器，液晶显示设备，还有各种附带的传感器。所有的这类应用，它们都是采用液晶电光效应原理制造的。就目前而言，在大学生物理实验的讲座中，液晶的光电效应实验通常情况下只用单色激光光源来度量液晶的电光特性^[5]。

1.3.2 扭曲型液晶屏电光效应

如今的探索和使用液晶的电光效应，出于液晶电光效应的种类颇多，激发十分复杂，所以此时，采用的液晶电光效应研发了扭曲向列液晶，超扭曲向列液晶，高失真向列液晶等的显示^[6]。同时，由于其应用范围广泛，扭曲向列液晶（也称为TN液晶）、价格便宜等特点，应用为如今市面应用最多的液晶显示器，例如人们日常生活中的电子表、游戏机、电脑屏幕等等，他们都是夜间显示器为基本重要的元器件所组成的。

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