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1、光敏传感器实验报告学院专业学号姓名时间：目录一、摘要 错误！未定义书签。二、设计要求 3三、方案设计 51、方案说明 62、方案论证 7四、光敏电阻的结构和原理 7五、光敏传感器的工作原理 8六、电路的工作原理 9七、单元电路设计、参数计算和器件选择 101、单元电路设计 102、参数计算 103、器件选择 11八总结 12九参考文献 13摘要光传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，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。光传感器不只局限 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。光照强度自
2、动检测显示系统，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
3、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theThe light sensor is the use of photosensitive element will be optical signals are converted to electric signals of sensors, its sensitive wavelength in the visible light wavelength near, including infrared wavelength and ultraviolet wavelength. The light sensor i
4、s not limited to light detection, it also can be used as detection components other sensors, for many non-electricity testing, as long as these non-electricity conversion for light signal can be change.Light intensity automatic detection display system, this system can automatically detect the inten
5、sity of illumination intensity and display to let people know the strength of the light intensity at this time. People can be set illumination intensity range, once beyond this range the system can issue warning notice or directly to take measures to make the light intensity in this range. People ca
6、n see through this device display learn now light condition, to do a reasonable light regulation. This design can be divided into three parts: namely light detection part, signal processing part, intensity of light display section. Still can add alarm part. For light detection part available photose
7、nsitive resistance sensor as the test components, it can complete from intensity to resistance signal conversion, again resistance are converted to electric signals can serve as the system input signal. For input signal processing, they can be used to display the. To display part available light emi
8、tting diode to display, different intensity of light corresponding to the different light emitting diode light, you can simply shows the different light intensity.Keywords: photosensitive resistance; Photoelectric sensor; Light intensity; leds二、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
9、、强)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、完成课程设计报告三、方案
10、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=320欧、1.4-3.6k欧、=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：光敏电阻信号转换电路信号处理电路led显示电
11、路报警电路图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。于是，就把对光照信号的处理转化
12、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Vrefl, Vref2o工作过程分析如下：光照较强时Vl VreflVref2, 两个比较器的输出电压分别为(5V, 0V)；光照适宜时VreflV2 Vref2 两个比较器的输 出电压分别为(-5V,0)；光照黑暗时V3v Vref2 Vrefl两个比较器的输出电压分别为(-5V, 5V)o这样就完成了从模拟信号到数字信号的转换，显示部分就变得容易了。(
13、3) 光强显示部分 采用发光二极管显示不同的光强状态。由于比较器的驱动能力有限,所以在输出端加一个上拉电阻提高其驱动能力。电路连接如原理图所示,分析如下：当光照较强时,两个比 较器的输出电压分别为(5V, OV), LED1点亮；光照适宜时，两个比较器的输出电压分 别为(-5V, 0), LED2被点亮；光照黑暗时，两个比较器的输出电压分别为(-5V, 5V), LED2、LED3被点亮。这样三种状态就显示出来了。(4) 光强报警部分采用有源蜂鸣器作为报警器件。电路连接如原理图所示，用两个NPN型BJT三极管的 导通来控制报警电路的导通，三极管的导通又受发光二极管导通与否的控制，发光二极管的
14、导通受光照的控制。所以光强就可以控制报警器了，设计方案采用了当光照较强或较暗时报 警。工作过程分析如下：当光照较强时，两个比较器的输出电压分别为(5V, 0V) , LED1 点亮 三极管 BJTl 被导通 报警电路被导通 蜂鸣器报警；光照适宜时 两个比较器的 输出电压分别为(-5V , 0), LED2被点亮，三极管BJT1截止，报警电路也截止；光照黑 暗时，两个比较器的输出电压分别为(-5V, 5V), LED2、LED3被点亮，BJT2被导通，报 警电路也被导通，蜂鸣器报警。四 光敏电阻的结构与原理光敏电阻器又叫光感电阻，其工作原理是基于内光电效应。 光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的
15、一种电阻值随入射光的强弱而改 变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于 光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。光敏电阻的符号如图 1-1 所示。图 1-1 光敏电阻构成与原理：用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化 物等半导体。在黑暗环境里，它的电阻值很高，通常大于1MQ。当受到光照时，只要光 子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃 迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子空穴 对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值 下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将 逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。光电特性：在光敏电阻两级电压固定不变时，光照度与电阻及电流间的关系 称为光电特性，光电特性曲线如图 1-2 所示A.f U1-5V光照/电流樹岂_RIn1一E/LXE/LX图 1-2 光敏电阻特性曲线五、光敏传感器工作原理光传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，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。光传感器的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。光传
