光敏电阻传感器课程设计.doc

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1、东北石油大学 课 程 设 计 2011 年 7 月 22 日 课 程 传感器课程设计 题 目 光敏电阻传感器应用电路设计 院 系 电气信息工程学院 专业班级 测控二 102 学生姓名 学生学号 指导教师 邹彦艳 赵志华 任务书 课程 传感器课程设计 题目 光敏电阻传感器应用电路设计 专业 测控二 102 姓名 学号 主要内容： 设计一个光照强度自动检测系统，可分光照检测部分、信号处理部分、光强显 示部分、报警部分。光照检测部分可利用光敏电阻传感器作为检测元件。输入信号 处理后，就可以用来显示了。显示部分可利用发光二极管来显示，不同的光强对应 于不同的发光二极管点亮，就能简单的显示出不同的光强了

2、。 基本要求： 1、查阅资料，确定设计方案 2、选择器件，设计硬件电路，并画出原理图 3、编写采集程序 4、撰写课程设计说明书 主要参考资料： 1 赵负图.国内外传感器手册M.沈阳:辽宁科学技术出版社,1998. 2 杨崇志.特殊新型电子元器件手册M.沈阳:辽宁科学技术出版社,2003. 3 丁镇生.传感器及传感技术应用M.北京:电子工业出版社,2000. 4 康华光，陈大钦.电子技术基础模拟部分M.北京:高等教育出版社,1999. 完成期限 2011.7.132011.7.22 指导教师 邹彦艳 赵志华 专业负责人 曹广华 2010 年 7 月 12 日 传感器课程设计 摘 要 光照强度自动

3、检测显示系统，该系统可以自动检测光照强度的强弱并显示让 人们知道此时光照强度的强弱。人们可以设定光照强度的范围，一旦超出此范围 该系统可以发出警报通知或直接采取措施使光照强度在此范围内。人们可以通过 看此装置的显示了解现在的光照状态，做合理的光照调节。该设计可分为三部分： 即光照检测部分、信号处理部分、光强显示部分。还可加上报警部分。对于光照 检测部分可利用光敏电阻传感器作为检测元件，它可以完成从光强到电阻值的信 号转换，再把电阻值转换为电信号就可以作为系统的输入信号。对输入信号处理 后，就可以用来显示了。对于显示部分可利用发光二极管来显示，不同的光强对 应于不同的发光二极管点亮，就能简单的显

4、示出不同的光强了。 关键词：光敏电阻；光电传感器；光照强度；发光二级管 目 录 一、设计要求设计要求 .1 1 二、方案设计方案设计 .1 1 1、方案说明 1 2、方案论证 2 三、传感器工作原理三、传感器工作原理 .3 3 四、电路的工作原理四、电路的工作原理 .4 4 五、单元电路设计、参数计算和器件选择五、单元电路设计、参数计算和器件选择 .5 5 1、单元电路设计 5 2、参数计算 5 3、器件选择 6 六、六、总结总结 .8 8 传感器课程设计 1 题 目 一 、设计要求 设计一个光照强度自动检测、显示、 （报警）系统，实现对外界三种不同条 件下光强的分档指示和报警（弱、适宜、强）

5、 1、根据题目选定光照强度自动检测所用的光电传感器类型 (1)自己设计至少三种以上不同光照条件，测定不同光照条件下光电传感器 的输出； (2)传感器测量电路采用集成运算放大器构成的比较器完成，完成至少三种 以上不同光照条件下显示报警系统方案的论证和设计； (3)完成自然光光照强度自动检测显示报警系统电路方框图、电路原理图的 设计； (4)完成自然光光照强度自动检测显示报警系统中核心芯片的选型、系统中 各个参数的计算（备注：1. 含各种元件参数的计算过程或依据 2. 选定最接近计 算结果的元件规格） ； (5)设计结束后，进行仿真调试。 2、仿真调试方案 给出系统整机电路图。 3、完成课程设计报

6、告 二、方案设计 1、方案说明 (1)传感器选择：选用光敏电阻作为采集光照信号的传感器。 (2)电阻测试：在室外太阳光强照射下、室内适宜光照下、室内昏暗条件下三 种光照条件下分别测的光敏电阻的阻值为=15.6k 欧。 (3)方案原理图：系统功能描述：考虑到系统的实用价值,确定了光照适宜时的 光敏电阻值的范围为 1.4-3.6k 欧，当光照过强时，LED1 点亮，蜂鸣器报警；光 照适宜时，LED2 点亮；黑暗时，LED3 点亮，蜂鸣器也报警。即光照不适宜时就 会报警，所以该系统不但可以完成光强的显示、报警，而且可以判断光照是否适 宜。 原理框图如下： LED 显示电路 报警电路 光敏电阻光敏电阻

7、 信号转换电路 信号处理电路 图 1 原理框图 2、方案论证 (1)光照强度的信号采集部分 采用光敏电阻作为信号采集器件。光敏电阻是基于光电导效应的一种光电器 件，无光照时, 光敏电阻值（暗电阻）很大, 电路中电流（暗电流）很小； 当受 到光照时，半导体材料电导率增加，电阻减小。其阻值随光照增强而减小。光敏 电阻作为光电式传感器的一种，它具有灵敏度高、光谱响应范围宽；体积小、重 量轻、机械强度高、耐冲击、耐震动、抗过载能力强和寿命长等特点。所以选择 光敏电阻采集光照信号，并把不同的光照强度转化为不同的电阻值。把光敏电阻 串联在直流电路中即可把不同的电阻值转化为不同的电压值，电路如原理图所示。

8、于是，就把对光照信号的处理转化为对电压信号 V 的处理。 (2)信号处理部分： 采用集成电压比较器 LM339N 作为信号处理的核心元件，电路连接如原理图 所示。光强、适宜、黑暗三种光照状态转换为三个电压值 V1，V2，V3 作为比较 器的输入电压；两个比较器设置两个参考电压 Vref1，Vref2。工作过程分析如下： 光照较强时 V1 Vref1Vref2，两个比较器的输出电压分别为（5V，0V） ；光照 适宜时 Vref1V2 Vref2， 两个比较器的输出电压分别为（-5V，0） ； 光照黑暗 时 V3=5mA (5) 所以：R2=668；取 R2=402 即可满足条件。 3、器件选择

9、VVCC RR R 67 . 4 5 4 . 120 20 1 1 VVCC RR R 92 . 4 5 32 . 0 20 20 1 1 VVCC RR R V22. 45 6 . 320 20 2 1 1 VVCC RR R V8 . 25 6 . 1520 20 3 1 1 2 66 . 1 R VCC 传感器课程设计 7 电源：VCC=5V。 基准电阻：精度为 1%的金属膜电阻。 用来分档，故应等于光敏电阻三种状态下阻值。 R1=240 R2=1.5 k R3=150 k 光敏电阻：5537。 发光二极管：SM。 蜂鸣器：无源 1206 分体 5.5 欧蜂鸣器 表 1 比较器 LM33

10、9 主要参数表 参数名称符号数值单位 电源电压VCC18 或 36V 差模输入电压VID36V 共模输入电压VI-0.3VCCV 功耗Pd570mW 工作环境温度Topr0 to +70 贮存温度Tstg-65 to 150 LM339 的输出部分是集电极开路,发射极接地的 NPN 输出晶体管,可以用多 集电极输出提供或 OR ing 功能.输出负载电阻能衔接在可允许电源电压范围内的 任何电源电压上,不受 Vcc 端电压值的限制.此输出能作为一个简单的对地 SPS 开 路(当不用负载电阻没被运用),输出部分的陷电流被可能得到的驱动和器件的 值 所限制.当达到极限电流(16mA)时,输出晶体管将

11、退出而且输出电压将很快上升.输 出饱和电压被输出晶体管大约 60ohm 的 SAT 限制。当负载电流很小时,输出晶 体管的低失调电压(约 1.0mV)允许输出箝位在零电平。 BJT1、2 主要参数： 电压(Voltage)：30V； 电流(Current)：800mA ； 功率(Power)：800mW； 材料(Material)：硅 Silicon； 极性(Polarity)：NPN 型； 结构(Craft)：NPN 硅外延平面高频小功率开关晶体管； 频率类型(Frequency)：fT(MHz) 250； 特点(Feature)：该产品采用外延平面工艺结构，工作频率高、金属封装、体 积小、

12、重量轻、安装方便； 放大倍数(Enlargement factor)：35-300； 使用范围(Using)：产品可用于高频震荡、高频小信号放大、小功率电源调整 电路。 系统需要的元器件清单 表 2 元器件清单 序号元器件类型元器件规格数量备注 Vcc直流电源 稳压直流电源 5V/1000MA 2 R2光敏电阻55371 R1电阻金属膜电阻9 U1A比较器LM3391 LED1发光二极管SM3 BJT1发光三极管BJT（2N6773）2 U3蜂鸣器 无源 1206 分体 5.5 欧 蜂鸣器 1 六、总结 我认为设计此装置可以让我们得到适宜的光照，便于调节。可以用于大棚蔬 菜的培养，路灯的控制，

13、汽车的在夜间行驶时突遇强光照射司机的眼睛等问题。 当汽车行驶时，光照很强照在司机的眼睛上时，光敏电阻可在到达司机眼睛之前 感受到光照增强此时可将报警装置改为一个自动放下虑光板，可以保护眼睛同时 可以避免交通事故的发生。此装置用于路灯的控制，因为冬夏的日照不同，此装 置可根据亮度的不同控制路灯，这样一来可以节省资源同时可以在最需要的时候 开启路灯。 通过本次课程设计，我对传感器、电路系统设计有了更深的的理解也加强了 我的实际动手能力。也第一次这么近距离的了解自动化的含义，了解传感器。接 触到我们以后需要使用和进一步了解的程序。不管是电路理论，还是实际应用， 经过此次设计后我的能力都有了不少提升。

14、同时在本次课程设计时，也暴露了自 己的不少毛病，如设计过程中缺乏规范化，标准化，仿真软件不熟悉等。刚开始 的的时候，Protel 完全不会，但经过两天的摸索，也逐步上手了。通过这几天的 努力奋斗，最终做出电路原理图，心里有一种莫名的成就感。在这次课程设计中， 传感器课程设计 9 我也有很多不足，做事太急。方案的设计没有能实现很多的功能，知识面狭隘， 学过的知识遗忘了。我会努力将基础打牢，争取在下一次的课程设计中有新颖的 想法，做的东西功能更为全面。平常我们上课学习理论知识有时觉得挺容易的， 但一旦自己真正动手设计，才发现自己有很多不足。只有实践才能提高自己的能 力，因此我希望有更多类似课程设计

15、。 参考文献 1赵负图.国内外传感器手册M.沈阳:辽宁科学技术出版社,1998. 2杨崇志.特殊新型电子元器件手册M.沈阳:辽宁科学技术出版社,2003. 3丁镇生.传感器及传感技术应用M.北京:电子工业出版社,2000. 4康华光，陈大钦.电子技术基础模拟部分M.北京:高等教育出版社,1999. 5李科杰.新编传感器技术手册M.北京:国防工业出版社,2002. 6谢自美.电子线路设计、实验、测试M.武汉:华中科大出版社,2001. 东北石油大学课程设计成绩评价表 课程名称 传感器课程设计 题目名称 光敏电阻传感器应用电路设计 学生姓名学号 指导教 师姓名 邹彦艳 赵志华 职称 副教授 讲师 序号评价项目指 标满分评分 1 工作量、工作 态度和出勤率 按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和 工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律， 出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。 20 2课程设计质量 课程设计选题合理，计算过程简练准确，分 析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰 写规范，图表完备正确。 45 3创新 工作中有创新意识，对前人工作有一些改进 或有一定应用价值。 5 4答辩能正确回答指导教师所提出的问题。30 总分