光敏电阻传感器应用电路课程设计

传感器课程设计 课程设计说明书 2018 年 1 月 12 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 机械学院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 传感器课程设计 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 测控技术与仪器 姓名 学号 1 设计一个光敏电阻传感器 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 传感器课程设计 给出系统整机电路图 3 焊接电路板 4 完成课程设计报告 完成期限 指导教师 传感器课程设计 摘要摘要 光照强度自动检测报警系统 它可以自动检测光照强度的低中高 并在光照强度过低和过高时自动报警提示人们 人们可以通过改变与 光敏电阻串连的电阻值来定义光照强度的范围 一旦超出或低于此范 围该系统可以报警 系统设有三个发光二极管 人们可以通观察发光 二极管显示状态来了解现在的光照状态 系统还设有蜂鸣器 光照过 强或过低会触发蜂鸣器进行报警 传感器大体分为三个模块 第一是 光照检测模块 第二是信号处理模块 第三是光强显示模块 其中光 强显示模块又包括报警模块 光照检测模块是用光敏电阻作为检测元 件 它的阻值随光照的增强而不断减小 把它接入有电压的电路中就 能实现电阻值转换成电信号 经信号处理后 显示模块就可以显示了 不同的光强对应不同的发光二极管点亮 并带有蜂鸣器报 关键词 光照强度 光敏电阻 发光二级管 蜂鸣器 传感器课程设计 目目 录录 一 方案设计方案设计 1 方案说明 2 方案论证 二二 传感器工作原理 传感器工作原理 三三 电路的工作原理 电路的工作原理 四四 参数计算和器件选择 参数计算和器件选择 1 参数计算 2 器件选择 五五 总结总结 六 实物图实物图 一 方案设计一 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 光敏电阻在三种不同光照强度下电阻测试 在强照射下 适 宜光照照射下 昏暗光照射下阻值分别为 Vref2 V1 Vref1 三个 比较器的输出电压分别为 5V 0V 0V 5V 为高电平 0v 为低电平 138 译码器的输入端 A0 A1 A2 的输入分别为 5v 0v 0v 二进制 001 对于输出端译码器输出端 Y1 输出低电平 其他输出端封锁在高 电平 Y1 端经反相器反相变为高电平 此时发光二极管 LED1 导通 三极管 BJT1 被导通 报警电路随之被导通 蜂鸣器报警 光照适宜 时 Vref3 V2 Vref2 Vref1 三个比较器的输出电压分别为 5V 5V 0V 138 译码器的输入端 A0 A1 A2 的输入分别为 5v 5v 0v 二进制 011 对于输出端译码器输出端 Y3 输出低电平 其他输出端封锁在高电平 Y3 端经反相器反相变为高电平 此时发 光二极管 LED2 导通 光照过强时 V3 Vref3 Vref2 Vref1 三个比 较器的输出电压分别为 5V 5V 5V 111 译码器输出端 Y7 输出低 电平 其他输出端封锁在高电平 Y7 端经反相器反相变为高电平 此时发光二极管 LED3 导通 三极管 BJT2 被导通 报警电路也被导通 蜂鸣器报警 二 传感器工作原理二 传感器工作原理 光敏电阻传感器是利用光敏元件 光敏电阻 将光信号转换为电 信号的传感器 只要将非电量转换成电量 光明电阻传感器就可以对 其进行测量 它是一种应用非常广泛的测量仪器 光敏电阻没有正负极之分 直流电压和交流电压都可使用 它的 电阻值能随着外界光照强弱变化而发生变化变化 没有光照射时 光 敏电阻呈高阻状态 有光照射时 其电阻值随光照强度的不断增强而 减小 通常情况下 暗电阻越大 亮电阻越小的光敏电阻的灵敏度高 光敏电阻传感器 可将光照强弱的变化转化为电信号 然后通过 不同的发光二极管显示出来 并且蜂鸣器在光照不适宜的时候报警 当外界光照强度不同时 光敏电阻的阻值也会随之发生 当光照强度增强强时 光敏电阻的阻值会减小 当光照强度减弱 光敏电阻的阻值会增大 当光照强度适宜时 光敏电阻的阻值在其强 光和弱光的阻值之间 利用此规律可以将不同的光信号变为不同的电 信号 三 电路的工作原理三 电路的工作原理 整机电路图 电路图的结构分析如下 1 供电电源 VCC 5V 给分压电路 比较器 译码器 反相器 发光 二极管 蜂鸣器供电 2 分压电路 光敏电阻分压和基准电阻分压 3 比较电路 比较器的正端接光敏电阻一端 其输入为比较电压 两个比较器负端接分压电阻 一个负端直接接地 若光敏电阻比较端 电压大于基准电压 比较器输出高电平 反之为低电平 为了提高比 较器的输出电压 应设置上拉电阻 4 译码电路 比较器的三个输出端分别接译码器的三个输入端 输 出端分别为 Y1 Y2 Y3 输入为 001 时 Y1 输出低电平 输 入为 011 时 Y2 输出低电平 输入为 111 时 Y3 输出低电平 5 反相器电路 把译码器输出端的电平反相 这样当译码器输出端 输出低电平时 对应该输出端的发光二极管导通 4 显示报警电路 反相器输出端通过限流电阻接发光二极管 反相 器输出高电平时 发光二极管导通 连接着发光二极管的三极管也导 通 蜂鸣器报警 四 参数计算和器件选择四 参数计算和器件选择 1 参数计算 1 黑暗时光敏电阻阻值大于 20k 欧 光照适宜时光敏电阻的阻 值范围为 5k 欧到 20k 欧 为了计算方便 与光敏电阻串联的 R1 选择 20 k 欧 2 Vref1 Vref2 Vref3 的计算 光照很强时 R 5k 欧 取 R 5k 欧 V3 光照适宜时 5k R 20k V1 Vref2 V1 Vref1 Vref3 V2 Vref2 Vref1 VVCC RR R 2 55 2020 20 1 1 VVCC RR R 45 520 20 1 1 V3 Vref3 Vref2 Vref1 因为 2 5V V1 0V 取 Vref1 0V 因为 4V V2 2 5V 取 Vref2 2 5V V3 4V 因为比较器的供电电压只有 5V 基准电压大于 4v 时它正常工作 所以取 Vref3 3 9V 基准电压可以由串联分压电 路分压得到 0V 电压由比较器负端直接接地 2 5V 电压可由两个 500 欧电阻串联得到 3 9v 由 500 欧和 1950 欧串联得到 其中 1950 欧由一个 1000 欧电阻 一个 500 欧电阻 一个 450 欧电阻串联得到 3 上拉电阻 R8 R9 R10 的计算 比较器 LM339N 输出电流为特别小 可以忽略 二极管 LED 导通 时 采用恒压降模型 可以看成 1 66V 的电压源 发光二极管导通时 电流 I 5mA 可得 I 5mA 所以 R 668 取 R8 R9 R10 350 欧 2 器件选择 电源 VCC 5V 基准电阻 精度为 1 的金属膜电阻 光敏电阻 5537 发光二极管 5mm 发光二极管 R VCC66 1 蜂鸣器 有源蜂鸣器 三极管 NPN S9018 比较器 LM339N 一个 LM339 比较器集成块内部装有四个电压比 较器 比较器输入端电压高于基准电压时输出高电平 反之输出低电 平 译码器 SN74HC138N 74HC138 特有 3 个使能输入端 E1 和 E2 保持低电平 E3 保持高电平时 译码器正常工作 反相器 CD4069BE CD4069BE 由六个 CMOS 反相器电路组成 它低电平输入时它能高电平输出 高电平输入时它能低电平输出 六 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 1 Res1 光敏电阻 55371 R 电阻金属膜电阻 15 U2 译码器 SN74HC138N1 U3 反相器 CD4069BE1 U1 比较器 LM339N1 LED1 发光二极管5mm 发光二极管 3 NPN 三极管 NPN S9018 2 spea ker 蜂鸣器有源蜂鸣器 1 五 总结五 总结 通过我们设计的光敏电阻传感器可以让我们得到适宜的光照 可 以用于很多个与光照有关的行业或领域 比如近年来出的交通新规要 求汽车在市区进行夜间行驶时必须使用近光灯 该传感器可以在无交 警时自动识别出路上汽车行驶时有无开近光灯 此传感器的应用还有 很多方面 不一一列举 经过这次课程设计 我对电路系统设计 电路焊接有了更深的的 理解也加强了我的实际动手能力 电路系统设计错综复杂 需要很有 耐心和细心 后期电路焊接中 失之毫厘 谬之千里 这让我认识到 从事我们这一行业需要特别严谨 同时在本次课程设计中 我也深深 认识到了自身的不足 比如理论和实践结合不足 学过的模电和数电 知识忘了许多 电路设计不够规范 软件不够熟悉等 当最后把传感器制作出来的时候 我的心里油然而生出一种成就 感 在今后的学习中 我会更加注重实践与理论的相结合 最后 只 有实践才能提高自己的能力 六 实物图六 实物图 光照昏暗光照昏暗 光照适宜光照适宜 光照过强光照过强 参考文献参考文献 1 赵负图 国内外传