简易光照强度检测仪设计

光照强度测试电路

设计报告

学院：物理与信息技术学院

班级：2011级电子科学与技术班

成员：杨万宗

光照强度测试电路设计报告

引言

随着时代的进步和发展，传感器技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术。传感器是将感受的物理量、化学量等信息，按一定规律转换成便于测量和传输的信号的装置。

本设计题目是光敏电阻测量光照强度，用光照的强弱来改变光敏电阻的阻值大小，从而使输出电压值改变，通过测量输出电压值的大小就可以间接的测量光照的强度了。光照强度自动检测电路可以自动检测光照强度的强弱并显示给人们知道此时光照强度的强弱。该电路还可以设定光照强度的范围，一旦超出此范围该电路系统可以发出警报通知（红灯亮）或直接采取措施使光照强度限定在此范围内。人们可以通过看此电路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：即光照采集检测部分、光照强度信号处理部分、光照强度显示部分。还可加上报警部分（蜂蜜器）。对于光照检测部分可利用光敏电阻传感器作为检测元件，它可以完成从光的强弱到电阻值变化的信号转换，本设计电路各个部分电路的设计原理及功能都能实现，要求对各种基本的电子元器件，光敏电阻、电阻、二极管、电压比较器等熟悉，掌握Proteus 仿真软件，本设计具有有线路简单、结构紧凑、成本低等特点。

一、设计的基本思路和系统特点

光敏电阻的阻值随光照强度的不同而改变，当光照强度增强时，光敏电阻的阻值减小，光敏电阻所在支路的电流减小；反之，当光照强度减弱时，光敏电阻额阻值增大，所在支路的电流增大。

电压比较器一般有两个输入端，一个输出端，通过对输入端的两个电压进行比较，根据两个输入电压的大小关系经电压比较器运行后输出相对应的电压值。

发光二极管是能将电信号转化为光信号的电路元件，当二极管正接时，二极管会发光；若二极管反接，则不会发光。

在电压比较器的输入端利用光敏电阻调节输入电压的大小（不同光照强度时得到的输入电压会不同），与参考电压比较，通过电压比较器时在输出端就会得到不同的电压，而后用发光二极管进行测试，根据发光二极管是否发光判断光照强度的强弱。

二、电路工作原理和工作过程说明

1、工作原理：

（1）光敏电阻的阻值随光照强度的不同而改变；

（2）电压比较器对输入电压比较后输出不同电压；

（3）发光二极管通过将电信号转化为光信号来测试光照强度的强弱。

2、工作过程：

（1）当光照强度相对较强时，第一个电压比较器输入电压U1（固定值）比参考电压U要大，经电压比较器运行后输出高电平，前面一个二极管（红灯）就会发光；接入第二个电压比较器的输入电压U与参考电压U2（U1>U2）比较，输出是低电平，第二个二极管（绿灯）则不会发光。即：U1>U2>U时，红灯亮；

（2）当光照强度为中等时，第一个电压比较器输入电压U1 比U大，第二个电压比较器输入电压U比U2大，这样，两个电压比较器输出的都是高电平，红、绿灯都会发光。即：U1>U>U2时，红、绿灯都亮；

（3）当光照强度相对较弱时，第一个电压比较器的输入电压U1比U小，经电压比较器后输出低电平，这时红色二极管就不会发光；再接到第二个电压比较器后，比U2大，输出的是高电平，绿色二极管则会发光。即：U>U1>U2时，绿灯亮。

三、各主要单元电路设计和元件参数

1、光照采集检测部分：

图1 光敏电阻

电路通过光敏电阻采集光照强度信息，将光照强度转换为电信号，送至电压比较器电路进行处理。

光敏电阻参数：

2、光照强度信号处理部分：

图2 电压比较器电路

图2是由电压比较器组成的光照强度处理电路，也是本设计核心部分。通过电压比较器电路对从光敏电阻传输过来的电信号进行处理，然后再传输给二极管显示电路。

产品型号工作电

压

Min.(V)

工作电

压

Max.(V)

通

道

数

输入

失调

电压

Max.(

mV)

输入

失调

电流

Max.

(nA)

输入偏

置电流

Max.(m

A)

静态

电流

(total

)(mA

)

响应

时间

(ns)

电源

供电

方式

封装/

温度

(℃)

描述

LM

393 D 2,±1.036,±18 2 5 ±50400 1 1300 单/双

SOP8L/

-40～

85

低失

调电

压，2

比较

器

LM

393 D 2,±1.036,±18 2 5 ±50400 1 1300 单/双

SOP8L/

-40～

85

低失

调电

压，2

比较

器

LM

393 D 2,±1.036,±18 2 5 ±50400 1 1300 单/双

SOP8L/

-40～

85

低失

调电

压，2

比较

器

3、光照强度显示部分：

图3 光照强度显示部分

本设计通过发光二极管电路显示光照强度，对电压比较器处理后的信号进行显示。

发光二极管参数：

产品型号最大

耗散

功率

/W

最大

工作

电流

/mA

正向

电压

/V

反向电

压/V

反向电

流/µA

波长

/nm

发光颜

色

材料

BT102 0.05 20 ≤2.5 ≥5 ≤50 700 红CaP BT103 0.05 20 ≤2.5 ≥5 ≤50 565 绿CaP 四、仿真测试（用Proteus软件进行测试）

（1）当光照弱时，即U1>U2>U,红灯亮