光敏电阻传感器课程设计[精.选]

东北石油大学

课程设计

2011年7 月22日

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

专业测控二102 姓名学号

主要内容：

设计一个光照强度自动检测系统，可分光照检测部分、信号处理部分、光强显示部分、报警部分。光照检测部分可利用光敏电阻传感器作为检测元件。输入信号处理后，就可以用来显示了。显示部分可利用发光二极管来显示，不同的光强对应于不同的发光二极管点亮，就能简单的显示出不同的光强了。

基本要求：

1、查阅资料，确定设计方案

2、选择器件，设计硬件电路，并画出原理图

3、编写采集程序

4、撰写课程设计说明书

主要参考资料：

[1] 赵负图.国内外传感器手册[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,1998.

[2] 杨崇志.特殊新型电子元器件手册[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,2003.

[3] 丁镇生.传感器及传感技术应用[M].北京:电子工业出版社,2000.

[4] 康华光，陈大钦.电子技术基础模拟部分[M].北京:高等教育出版社,1999.完成期限2011.7.13—2011.7.22

指导教师邹彦艳赵志华

专业负责人曹广华

2010年7 月12 日

摘要

光照强度自动检测显示系统，该系统可以自动检测光照强度的强弱并显示让人们知道此时光照强度的强弱。人们可以设定光照强度的范围，一旦超出此范围该系统可以发出警报通知或直接采取措施使光照强度在此范围内。人们可以通过看此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：即光照检测部分、信号处理部分、光强显示部分。还可加上报警部分。对于光照检测部分可利用光敏电阻传感器作为检测元件，它可以完成从光强到电阻值的信号转换，再把电阻值转换为电信号就可以作为系统的输入信号。对输入信号处理后，就可以用来显示了。对于显示部分可利用发光二极管来显示，不同的光强对应于不同的发光二极管点亮，就能简单的显示出不同的光强了。

关键词：光敏电阻；光电传感器；光照强度；发光二级管

目录

一、设计要求 (1)

二、方案设计 (1)

1、方案说明 (1)

2、方案论证 (2)

三、传感器工作原理 (3)

四、电路的工作原理 (4)

五、单元电路设计、参数计算和器件选择 (5)

1、单元电路设计 (5)

2、参数计算 (5)

3、器件选择 (6)

六、总结 (8)

题目

一、设计要求

设计一个光照强度自动检测、显示、（报警）系统，实现对外界三种不同条件下光强的分档指示和报警（弱、适宜、强）

1、根据题目选定光照强度自动检测所用的光电传感器类型

(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

给出系统整机电路图。

3、完成课程设计报告

二、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)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。

原理框图如下：

图1 原理框图

2、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器件，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，0）；光照黑暗时V3< Vref2 < Vref1 两个比较器的输出电压分别为（-5V，5V）。这样就完成了从模拟信号到数字信号的转换,显示部分就变得容易了。

(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，0），LED2被点亮；光照黑暗时，两个比较