光敏传感器（DOC）

光敏传感器（DOC）

第1章绪论

1.1 设计⽬的

在学习了光敏传感器技术理论课和进⾏了基础实验后，进⾏课程设计，⽬的是进⼀步提⾼学⽣运⽤所掌握的数字电⼦电路的分析和设计⽅法与分析实际电路的基本技能，并了解基本单元电路在实际⽣活中的应⽤。

通过课程设计，使学⽣加强对光敏传感器技术的理解，学会查阅资料、⽅案⽐较以及设计、制作、调试等技能，增强分析、解决实际问题的能⼒。

要求对光敏传感器技术基础知识有较全⾯和深刻的理解。通过此次课程设计，使所学的光敏传感器技术知识进⾏全⾯的复习和总结，巩固所学的理论知识。通过理论与实践相结合，提⾼分析问题和解决问题的能⼒。学会使⽤规范、标准及有关设计资料。初步掌握设计步骤和基本内容，掌握编写设计说明书的基本⽅法。在制作光敏传感器过程中得到了初步锻炼。

1.2 设计的主要内容

1. 设计制作⼀个光敏传感器应⽤电路。

2. 光照检测部分可利⽤光敏电阻传感器作为检测元件。

3. 通过电位器调节感光灵敏度。

4. 电⽓设备的选择。

5. 当光线低于设定值时，LED灯点亮。

1.3 设计要求

1.能够按照要求独⽴完成课程设计部分；

2.学会查阅技术⼿册和⽂献资料；

3.进⼀步熟悉常⽤集成电路的设计⽅法；

4.初步掌握电路的调试技能和故障排除⽅法；

5.填写设计任务书，撰写课程设计论⽂。

第2章光敏传感器设计⽅案分析

2.1传感器的作⽤

现在的信息技术发展⾰命，⽤⼈⾃⾝感觉器官既⽆法得到准确的数据，同时对很多⽆法⽤器官感测的事物不得不望⽽⽌步，⽽传感器就是⼀种代替⼈的感觉器官来获取信息、数据的媒介。

在⼯业⽣产中，对于⾼精密的产品要接助各种传感器来监视和控制⽣产过程中的各个参数，使设备⼯作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化⽣产也就失去了基础。

在医学中，借助传感器能够更好分析病因，得到⼀个好的治疗⽅案。

在科研究中，传感器更具有突出的地位。许多领域⼈的感官还有简易的传感器根本⽆法得到精确的数据，必须借助⾼精密的传感器来实现分析测量。例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察⼩到 cm的粒⼦世界，纵向上要观察长达数⼗万年的天体演化，短到 s的瞬间反应。此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作⽤的各种极端技术研究，如超⾼温、超低温、超⾼压、超⾼真空、超强磁场、超弱磁砀等等。显然，要获取⼤量⼈类感官⽆法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍，⾸先就在于对象信息的获取存在困难，⽽⼀些新机理和⾼灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。⼀些传感器的发展，往往是⼀些边缘学科开发的先驱。

2.2传感器的分类

根据不同的观点对传感器进⾏分类，可将它们的转换原理(传感器⼯作的基本物理或化学效应)它们的⽤途、它们的输出信号类型以及制作它们的材料和⼯艺等进⾏分类。

根据传感器⼯作原理，可分为物理传感器和化学传感器⼆⼤类。传感器⼯作原理的分类物理传感器应⽤的是物理效应，如电阻式传感器、电感式传感器、压阻式传感器、温度传感器等，被测信号量的微⼩变化都将转换成电信号。化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，如⽓敏传感器。

2.2.1光敏传感器

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。光传感器是⽬前产量最多、应⽤最⼴的传感器之⼀，它在⾃动控制和⾮电量电测技术中占有⾮常重要的地位。光敏传感器的种类繁多，主要有：光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管、光电耦合器、太阳能电池、红外线传感器、紫外线传感器、光纤式光电传感器、⾊彩传感器、CCD和CMOS图像传感器等。

2.3⽅案设计

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。

图2-1 光敏传感器原理框图

2.4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>Vref1>Vref2，两个⽐较器的输出电压分别为（5V,0V）；光照适宜时Vref1>V2>Vref2,两个⽐较器的输出电压分别为(-

5V,0V);光照⿊暗时V3

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，0V），LED1点亮；光照适宜时,两个⽐较器的输出电压分别为(-5V,0V),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。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BJT1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。