传感器光控灯实验报告

河北科技大学

课程设计报告

学生姓名：学号：110701141

专业班级：电信111

课程名称：传感器原理及应用

学年学期：2013—2014学年第一学期指导教师：

2013年12月

课程设计成绩评定表

目录

一·摘要

二·设计目的

三·设计要求

四·正文

4.1设计题目

4.2所用器材

4.3电路器件说明

4.4设计原理

4.5设计原理图

4.6设计步骤

4.7电路框图

4.8电路实物图

4.9电路说明

五·制作过程和调试

六·心得体会

七·参考文献

一.摘要

本课题介绍的光控自动照明灯，电路简单，使用方便。通过光控照明电路，以达到节省能源的目的,该设计主要介绍的是关于光控的电路设计。光控是通过光敏电阻来实现的，当光敏电阻在有光的时候灯就会慢慢的熄灭。在较黑暗或完全没有光照的时候灯就会亮起来，这样就达到了节电和节能的目的，和延长了灯的寿命。在实际生活中节电节能，能够实现更多的自动化。

在现代社会中，某些场所灯光已经不再满足与单纯的手动开关，而是向智能和人性化方向发展，方便与节能已经是主题口号，所以各种光控灯应运而生，而且在光控基础上在发展成为更实用的声光控照明灯，所以研究光控的原理是非常有必要的。

光控灯电路作为一种简单的实用电路现在已经渗透到我们生活中很多方面，最常见的如光控照明灯，就是指在有光情况下会自动熄灭，当夜幕来临的时候等会自动的亮起来，很适合做路灯和走廊灯的控制，起到了很好的节能效果。现在的一些小孩玩具中也应用到这一原理，把光控集成电路植入于玩具当中（常见于轮滑鞋），遮光时就会出现闪光效果，非常有趣。二．设计目的

1.通过解决一、两个实际问题，巩固和加深对常用传感器的结构、原理、特性的认识和基本知识的理解，提高综合运用课程所学知识的能力。

2.培养根据课题需要选学参考书籍，查阅手册、图表和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法。

3.通过实际电路方案的分析比较，设计计算，元件选择，安装调试等环节，初步掌握简单传感器电路的分析方法和工程设计方法。

4.掌握常用仪器设备的正确使用方法，学会简单传感器控制电路的实验调试和整机指标测试方法，提高动手能力。能在教师指导下，完成课题任务。

5.了解与课题有关的电子线路以及元器件工程规范，能按课程设计任务书的要求编写设计说明书，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图等。

6.培养严肃认真的工作作风和科学态度。通过课程设计实践，逐步建立正确的生产观点、经济观点和全局观点，获得初步的应用经验，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。

⒎了解与课程有关的电子电路以及元器件的工程技术规范，编写设计说明书。提高自己的动手能力，培养严肃、认真的工作作风和科学态度。

三．设计要求

1.要求电路能够通过开关对管线的强弱的感应控制照明灯的亮灭。

2.要求电路实现有光时灭，遮光时发亮。

3.根据上述要求选定设计方案，画出总电路图，写出详细工作原理。

4.要求接线清晰明了，不能出现接口相碰和短路。

5.原件排列有序。

6.焊接美观。

四．正文

4.1设计题目：光控灯电路

4.2所用器材：

4.3电路器件说明

※数字万用表

（1）将ON/OFF开关置于ON位置，检查9V电池，如果电池

电压不足，将显示在显示器上，这时则需更换电池。如果显示器

没有显示，则按以下步骤操作。

（2）测试笔插孔旁边的符号，表示输入电压或电流不应超

过指示值，这是为了保护内部线路免受损伤。

（3）测试之前。功能开关应置于你所需要的量程。

※电烙铁

电烙铁（soldering iron)按机械结构分为外热式、内热式，按温度控制分为恒温式和变温式。内热式的电烙铁体积较小，而且价格便宜。一般电子制作都用35W左右的内热式电烙铁。当然有一把50W的外热式电烙铁能够有备无患。内热式的电烙铁发热效率较高，而且更换烙铁头也较方便。其发热芯是装在烙铁头的内部，热损失小。市场上常见的普通内热和无铅长寿命内热电烙铁，功率有20W，25W，35W，50W等，其中35W、50W是最常用的。

外热式如名字所讲，“外热”就是指“在外面发热”，因发热芯在电烙铁的外面而得名。它既适合于焊接大型的元部件，也适用于焊接小型的元器件。由于发热电阻丝在烙铁头的外面，有大部分的热散发到外部空间，所以加热效率低，加热速度较缓慢。一般要预热2～5分钟才能焊接。其体积较大，焊小型器件时显得不方便。但它的烙铁头使用得时间较长，功率较大的优点，有50W，60W，75W，100W，150W，300W等多种规格。大功率的电烙铁通常是外热式的。

※光敏电阻

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）。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.4~0.76）μm的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。设计光控电路时，都用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。

光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。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。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体光敏电阻原理图光敏电阻原理图

及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到一定波长的光线照射时，电流就会随光强的增大而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。

※三极管

三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型

晶体管,晶体三极管，是一种电流控制电流的半导

体器件·其作用是把微弱信号放大成辐值较大的电

信号，也用作无触点开关。

晶体三极管具有电流放大作用，其实质是三极

管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流

较大的变化量。这是三极管最基本的和最重要的特

性。我们将ΔIc/ΔIb的比值称为晶体三极管的电流放大倍数，用符号“β”表示。电流放大倍数对于某一只三极管来说是一个定值，但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变。

晶体三极管的三种工作状态：

截止状态：当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，我们称三极管处于截止状态。

放大状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并处于某一恰当的值时，三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，这时基极电流对集电极电流起着控制作用，使三极管具有电流放大作用，其电流放大倍数β=ΔIc/ΔIb，这时三极管处放大状态。

饱和导通状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不怎么变化，这时三极管失去电流放大作用，集电极与发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。三极管的这种状态我们称之为饱和导通状态。

根据三极管工作时各个电极的电位高低，就能判别三极管的工作状态，因此，电子维修人员在维修过程中，经常要拿多用电表测量三极管各脚的电压，从而判别三极管的工作情况和工作状态。

使用多用电表检测三极管

三极管基极的判别：根据三极管的结构示意图，我们知道三极管的基极是三极管中两个PN 结的公共极，因此，在判别三极管的基极时，只要找出两个PN结的公共极，即为三极管的基极。具体方法是将多用电表调至电阻挡的R×1k挡，先用红表笔放在三极管的一只脚上，用黑表笔去碰三极管的另两只脚，如果两次全通，则红表笔所放的脚就是三极管的基极。如果一次没找到，则红表笔换到三极管的另一个脚，再测两次；如还没找到，则红表笔再换一下，再测两次。如果还没找到，则改用黑表笔放在三极管的一个脚上，用红表笔去测两次看是否全通，若一次没成功再换。这样最多没量12次，总可以找到基极。

三极管类型的判别：三极管只有两种类型，即PNP型和NPN型。判别时只要知道基极是P 型材料还N型材料即可。当用多用电表R×1k挡时，黑表笔代表电源正极，如果黑表笔接基极时导通，则说明三极管的基极为P型材料，三极管即为NPN型。如果红表笔接基极导通，则说明三极管基极为N型材料，三极管即为PNP型。

※发光二极管

LED只能往一个方向导通（通电），叫作正向偏置（正向偏压），当电流流过时，电子与空

穴在其内复合而发出单色光，这叫电致

发光效应，而光线的波长、颜色跟其所

采用的半导体材料种类与掺入的元素

杂质有关。具有效率高、寿命长、不易

破损、开关速度高、高可靠性等传统光

源不及的优点。白光LED的发光效率，

在近几年来已经有明显的提升，同时，

在每千流明的购入价格上，也因为投入

市场的厂商相互竞争的影响，而明显下

降。虽然越来越多人使用LED照明作办

公室、家具、装饰、招牌甚至路灯用途，但在技术上，LED在光电转换效率(有效照度对用电量的比值)上仍然低于新型的荧光灯，是国家以后发展民用的去向。

它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。

发光二极管的反向击穿电压约5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。限流电阻R可用下式计算：

R=（E－UF）/IF

式中E为电源电压，UF为LED的正向压降，IF为LED的一般工作电流。

50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。LED是英文light emitting diode（发光二极管）的缩写，

它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。

发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴

极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。

4.3设计原理

接通电源后，当有光照射到光敏电阻RP时，其阻值减小（几十K左右），Q1基极电压降低Q1截止，Q2基极电压升高Q2截止，发光二极管无电流通过处于熄灭状态；反之光敏电阻RP 没有光照时，其阻值增大（约为几M），Q1基极电压升高并使其导通，Q2基极电压降低，Q2饱和导通，发光二极管得到电压从而发光。

4.4设计原理图

4.5设计步骤

光敏电阻

有光情况无光情况

三级管不导通

灯不亮三级管导通灯亮

（1）电压设定为安全电压，确定为3V

（2）Rp采用MG45型光敏电阻器，要求亮阻与暗阻相差倍数愈大愈好

（3）发光二极管比较随意，一般器件均可

（4）根据电路一级倍数和二级放大确定R1，R2为100k和10k仿真真实验时确定的数值。

4.6电路框图

4.7实物图

4.8电路说明

（1）尽量按电路图中元件位置,按从左到右,自上而下的顺序插接,这样可以减少误连和错连，同时也方便调试和检查.从一开始我们就养成良好的习惯.。

（2）本电路中用到特殊器件----光敏电阻(Rp),用之前可先用万用表测试其在受光时的电阻和背光时的电阻,因为光敏电阻对光异常敏感,所以使用本机时,要避开日光灯(当然是指晚上了)直接照射,否则本电路将失控.。

（3）从元件库中找出相应元件，按图插好，接上电源，即可实现白天灭晚上亮之功能。将本机放置到暗处，LED即亮，放置到亮处，LED即灭。晚上试机效果更明显，关掉日光灯，本机灯亮，打开日光灯，本机灯灭。本机可作为停电备用灯，当然也可以应用到其它场合。五．制作和调试过程

电路开始焊接之前，由于电路比较简单，没有进行电路仿真，于是，我准备好元器件开始焊接，焊接过程中，非常认真，可是，出人意料的是，我的LED灯焊接反了，焊好之后，加上电源，灯没有反应，心里有点小小的失落，于是，开始检查电路，每个元件单独测设，最后发现是LED焊接反了，更改好了之后，加上电源，灯亮了，我们进行测试，完全符合我们的预想，得到了我们想要的结果，调试结束。

六．心得体会

课程设计是以学生自己动手动脑，并亲手设计、制作、组装与调试为特色的。它将书本上学到的理论知识和基本技能运用到实践中，基本工艺知识和创新启蒙有机结合，培养我们的实践能力和创新精神。作为信息时代的大学生，仅会书本理论是不够的，基本的动手能力是一切

工作和创造的基础和必要条件。

通过本次课设，我将书本上学到的知识应用于实践，虽然过程中遇到了一些困难，但是在解决这些问题的过程无疑也是对自己自身专业素质的一种提高与肯定。此次设计不仅增强了自己在专业设计方面的信心，鼓舞了自己，更是一次兴趣的培养。通过这次课程设计学习，使我对电子工艺的理论有了更深的了解。这些知识不仅在课堂上有效，在日常生活中更是有着现实意义，也对自己的动手能力是个很大的锻炼。在实习中，我锻炼了自己动手能力，提高了自己解决问题的能力。通过本次实习培养了我理论联系实际的能力，提高了我分析问题和解决问题的能力，增强了独立工作的能力。此次课程设计，还学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，受益匪浅。今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目，最主要的是收获颇丰。

在这次课程设计中，我也遇到了很多问题，比如说，按电路图连接完实物图以后，LED灯不发光，达不到预期效果。之后我就认真检查电路，终于发现了问题，找到了原因，并更换了发光LED，最终实现了电路应有的效果。

实践是检验真理的唯一标准。这次的课程设计对我们的作用是非常大的。经过一个星期，终于完成了课程设计电路的制作。通过这次课程设计我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次自己动手制作电路，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，在老师和同学的帮助下最终游刃而解。

通过这次设计，我真正领略到只有通过勤奋的努力，才能够真正体会到科技带给人类的幸福。在整个过程中，不断地在遇到问题和解决问题之中盘旋。例如查资料、确定方案，解决问题，元器件的购买，实验电路板上的元件的焊接，做成很不容易,但最终看着自己的成品，心里真的很高兴。历时这一个星期的课程设计即将画上句号，回头看看，不禁感慨众多，没有想到我们的科学家，哪怕是我们身边的老师，原来也是如此这般的努力才能够换来今天的幸福生活。离不开你们这些辛勤的工作者，我们的身边这一切才能够如此快捷方便。没有了这一切，我不敢想象社会会如何发展，我们现在的生活会是怎样。

通过了这次课程设计，我了解到我们所学的只是原来是如此地贴近我们，其实他们就在我们身边，就在我们身边或大或小的地方，甚至是我们不能发现的地方，而并不是我原先所想象的那样遥不可及，总是好像在那种大房子里面的大机器才会用到这些东西，感觉那些是科学家

做的事情，对于我们来说是天方夜谭。而如今，我才知道了这一切。我才会，并有这样的动力将我所学的知识来赋予实践。通过本次的课程设计，我们深刻体会到了自己知识的匮乏。我也深深的感觉到自己所学的知识的肤浅，自己原来所学的东西只是一个表面性的，甚至有时是理想化的，理论方面的指示，设计一个很简单的电路，所要考虑的问题要比考试的时候考虑的多的多，它在现实中还存在的很多问题，如要考虑到它的前因后果，什么功能需要什么电路来实现。另外，还要考虑它的可行性，实用性等等；设计电路提高了我们的分析问题的能力，而调试电路则使我的理论知识使我对所学过的知识有了一个新的认识，同时在实践中也加深了我们对理论知识的理解上升到了一个实践的过程，锻炼了我们解决问题的能力。正所谓“纸上谈兵终觉浅，觉知此事要躬行。”学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的。因此，学习中应多与实际应用相联系。同时我也在整个过程中学习了如何与他人交流帮助得到有用的信息，在今后的学习中，我们要以学习理论知识为基础，尽量多学实际应用知识。更需要特别提高动手操作、分析问题、解决问难题等的能力。我们将多参加实践活动，以培养自己的综合能力，做一名合格的电子专业学生！

七．参考文献

[1]模拟电子技术基础简明教程（第三版）

[2]简明火灾报警电路设计

[3]模拟电子技术及应用

[4]传感器原理及应用