35张念琦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：张念琦学号：120701235 专业班级：电信122

课程名称：传感器原理及应用

学年学期：2014—2015学年第一学期指导教师：陈书旺

2014年12月

课程设计成绩评定表

目录

一.摘要 (1)

二.设计目的 (1)

三.设计题目 (1)

四.设计任务与要求 (2)

五、所用器件及功能 (2)

六、设计原理及原理图 (7)

1、设计原理 (7)

2、设计原理图 (8)

3、设计步骤 (8)

4、电路框图 (8)

七、电路实物图 (8)

八、电路说明 (9)

九、制作过程和调试 (9)

十、心得体会 (10)

十一、参考文献 (12)

一、摘要

光控电灯，就是用光线来控制电灯所需的电流，让电流接通或断开，以达到开关电灯的目的。其主要元器件是光控管，当光线照射时，产生能控制开关电路的电流，起到控制作用。目前，江河、海洋的灯塔，公路的路灯，和其他一些无人值守而又需要照明的地方，普遍采用光控灯。

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．设计题目：

简易光控自动照明灯

四．设计任务与要求

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。

五．所用器件及功能

（1）所用器材：

（2）电路器件说明

①数字万用表

数字万用表，一种多用途电子测量仪器，一般包含

安培计、电压表、欧姆计等功能，有时也称为万用计、

多用计、多用电表，或三用电表。

数字万用表有用于基本故障诊断的便携式装置，也有放

置在工作台的装置，有的分辨率可以达到七、八位。

数字多用表（DMM）就是在电气测量中要用到的电子

仪器。它可以有很多特殊功能，但主要功能就是对电压、

电阻和电流进行测量，数字多用表，作为现代化的多用

途电子测量仪器，主要用于物理、电气、电子等测量领

域。

a.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。

b.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。

c.测试之前。功能开关应置于你

所需要的量程。

②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。

③光敏电阻

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。

光敏电阻又称光导管，它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。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，也可以加交流电压。无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流）很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减小，电路中电流迅速增大。一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好，此时光敏电阻的灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧量级，亮电阻值在几千欧以下。

该系统可通过光敏传感器将光照强弱信号转化为电信号通过发光二极管显示以及蜂鸣器报警从而成为光照强度自动显示检测系统。光照强度不同光明传感器的组织不同，当光照强度很强时，光敏传感器的阻值很小；当光照强度弱时，光敏传感器的组织很大；当光照强度适宜时光敏传感器的阻值介于强光和弱光的阻值之间。因此可以通过光敏传感器将光信号变为电信号，

并可以利用光照传感器受光照不同阻值不同产生的电信号不同从而显示不同的信号。

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

④三极管

什么是三极管（也称晶体管）在中文含义里面只是对三个引脚的放大器件的统称

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。

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。

⑤发光二极管

发光二极管简称为LED。由含镓（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等的化合物制成的

二极管。

当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光，氮化镓二极管发蓝光。因化学性质又分有机发光二极管OLED和无机发光二极管LED。

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.

六、设计原理及原理图

1、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。

2、设计原理图

3、设计步骤

（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、电路框图

七、实物图

正面

反面

八、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。

（4）试验中调试，二极管LED灯最小通过电流为1mA时，灯开始发亮，不过很暗，在电流逐渐增大至10mA至13mA时候，LED灯泡最亮。

九、制作和调试过程

电路图比较简单，可以直接看得懂，从而就开始直接焊接，本希望一遍就能成功，可是现实并不是那么好。第一次焊接的时候完成后，发现LED灯泡很暗，并没有想象中那么好，经过

仔细检查之后，擦发现原来是二极管的问题，又换了另一个表现好的二极管，灯泡变亮了。

接下来的几次实验，我们针对平时讲课比较抽象的内容进行测试，当然，一开始总是会出现或多或少、或大或小的问题，但经过努力，终于可以克服这些困难，能够独立的设计程序。而且我们平时遇到的困难，如果不能独立解决，首先我会先从书中寻找答案，如果找不到再问同学或者老师求解，或者从网上寻找答案，最后通过这个困难学到了之前不懂的东西，并进行运用和掌握。

可是之后又一次没有控制安全电压，居然导致了LED被烧坏，只好又去重新焊接了一个，一波三折之后，终于焊接好了电路板，并调试成功。虽然我在这其中多加了一个LED灯，与一个蜂鸣器，但是实验结果也是比较成功的。在最后的课程设计中，老师给我们规定了题目，虽然设计中有些许差错，最终经过修正，达到了最初课设的实验目的。

十、心得体会

传感器的课程设计，目的就是为了培养我们自己的动手能力、思维能力，正好这次传感器课程设计，给予了我们这样的一次机会。课程设计是让我们自己动手动脑，并亲手设计、制作、组装与调试，最后设计出一个合格的电路，并焊接出来实物为主。

我这次传感器课程设计，刚开始的时候过于估算了自己的能力，选取了一个对于我来说，比较难的课题，可是经过自己认真分析之后，发现我并不能独立完成这个课题，导致了第一个课设失败。只好选取的并不是一个很难得课题，但是对于我也是一个不小的挑战，我自己认为，通过这次课程设计，我并不仅仅学习的就是课本上的那点知识，在课本之外，我学到了更多。刚开始的时候，确立课程设计题目，就花费了我不少的心思，心里一直在思考，自己到底要选取哪一个题目，通过对自身能力的认识，反思了一下自己，觉得自己一个人还是比较适合简单一点的题目，毕竟自己的能力有限，这一次课程设计让我又充分地认清了一次自己，反思了自己，更警醒了自己。提醒了我以后必须要更加努力地学习知识了，要用知识把自己装备起来，这样以后自己才能有足够的资本，在社会上立足。并且在去买元件的途中，我又学到了与他人接触，怎样的待人接物，正如古人所说：读万卷书不如行万里路，自己单独去买元件的路程，又是一次不小的成长，其中需要自己认真了解自己所需要的元件的规格，并且最主要的还是与他人打交道，更能增长自己现在所缺乏的基本能力。

课程设计是培养和锻炼学生在学习完本门课后综合应用所学理论知识解决实际工程设计和应用问题的能力的重要教学环节，它具有动手、动脑和理论联系实际的特点，是培养在校工科大学生理论联系实际、敢于动手、善于动手和独立自主解决设计实践中遇到的各种问题能力的

一种较好方法。

通过课程设计实践，不仅要培养学生的实际动手能力，检验学生对本门课学习的情况，更要培养学生在实际的工程设计中查阅专业资料、工具书或参考书，掌握工程设计手段和软件工具，并能以图纸和说明书等表达设计思想和结果的能力。培养学生事实求是和严肃认真的工作态度。

通过本次课设，我要把从书本上学到的一些东西，应用到我这次的课设中去，虽然在制作的过程中遇到了一些困难，但是我都坚持下来，慢慢地把问题给解决了，并且自己也获得了很大的提高。这一次课程设计的成功制作出来，增强了我在学习方面的信心，让我感觉到学习室一种快乐，而不是一种责任和义务。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。在焊接电路板中，我增强了自己的实际动手能力，让自己的基本能力得到了很高的提高，增强了自己的独立性，学到了很多课本上学不到的知识，让自己的人生更加上进一步。

但是，在这次课设中，我也发现了自己的不少毛病，比如设计过程中缺乏最基本的知识，有很多元件都搞不懂什么意思，还有对于仿真软件不熟悉等，导致了刚开始的都两天，进程特别缓慢。刚开始的的时候，对仿真软件的使用不太熟练，但经过两天的摸索，也逐步上手了，在这之中，对于我来说，并不仅仅是学习了一种软件的应用，更是对自己能力的一种肯定，让我有信心觉得自己只要认真肯学，也能够学的很好，让我的自信心又增强了很多，让我感觉这对我的未来有很大的益处。而我在将来的学习中，也要更加认真努力的学习，增强自己的学习能力，加强自己的基础知识，牢固自己的基本能力，提高自己的知识水平，逐步让自己有所提高。

在这次课程设计中，我表现出来的不足，做事太急。方案的设计没有能实现很多的功能，知识面狭隘，学过的知识遗忘了。我会努力将基础打牢，争取在下一次的课程设计中有新颖的想法，做的东西功能更为全面。平常我们上课学习理论知识有时觉得挺容易的，但一旦自己真正动手设计，才发现自己有很多不足。只有实践才能提高自己的能力。

在这次课程设计中，我也遇到了很多问题，比如说，按电路图焊接连接完实物图以后，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。

焊接电路板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：实践才是检验真理的唯一标准。通过亲自动手焊接电路板，亲自调试，我才发现把知识运用到了实际中的乐趣，也只有把知识运用到实际中去，才能实现知识真

正的用处。当然，在这个运用的过程中，有是一个新的学习过程，在整个过程，我学到了如果与他们交流，如果运用课本上所学的知识，并且又一次的认识了自己的能力，增强了自己要认真努力的决心，争取在以后的学习中，认真努力，做一名合格的大学生，为将来的国家发展，做出自己应有的贡献！

我是一名电子信息工程的学生，进行这样的课程设计对我的触动很大，自己动手解决的能力得到了大大的提高，远比仅仅接触基础专业课更加理解深透。其实，也只有进行这样类型的课程设计，增加自己的动手能力，才能真正的让同学明白各种专业理论知识如何在现实中得到运用，这样也才能让同学们对自己的专业理论知识有一个更加充分的理解。

当然，并不是动手获得的知识比课本上的理论知识重要，这其实，两者是相辅相成的。只有理论知识学好了，才能保证自己实践时候更加顺利，了解到了理论知识与实践相结合的重要性。虽然课程设计才仅仅一周的时间，但是，这一周中我收获了很多的体会。在设计仿真电路时、在焊接电路板时、在查阅资料时、在请教同学老师时，学会了坚持，懂得了忍耐，耐得住寂寞，当然，我们也收获了成功。

课程设计基本完成，由于我的水平有限，这其中难免会有一些不是很令人满意的地方，希望老师能够批评指正出来，让我得到更多的进步。

十一、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