光敏电阻传感器论文

传感器综合设计

实训(论文)说明书

题目：光敏电阻检测光照亮度

院（系）：力学与光电物理学院

专业：应用物理学

姓名：江运

学号： 2014305066 指导教师：李洋

2012年6月20号

摘要

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。本设计有光照强度报警控制系统和光照强度等级显示电路以及光照亮度的显示。本设计采用了STC单片机为主控制电路，用数码管显示光照强度值，用绿、黄、红LED来显示光照亮度等级，用蜂鸣器来做报警电路。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，电阻、电容、二极管、三极管等熟悉，掌握Proteus 仿真软件的运用、Protel 99 SE 工具软件等绘图软件，并加以运用。用单片机内部的AD转换实现模拟转化为数字量，通过编程控制各个外围电路并实现其功能。本设计具有有线路简单、结构紧凑、价格低廉、性能优越等特点。

关键词：光照强度；光敏电阻；单片机

Abstracts

This design is entitled to the photoresistor to measure light intensity, the strength of the light to change the photosensitive resistor size, so that the output voltage changes, by measuring the size of the output voltage value can be indirectly measuring the light intensity. The design of the light intensity alarm control system and the light intensity level display circuit and illumination brightness of the display. This design uses the STC microcontroller-based control circuit, digital display light intensity, light green, yellow, red LED display brightness levels, to do with buzzer alarm circuit. The design of the circuit design principles and functions of various parts of the circuit can achieve, requiring a variety of basic electronic components, resistors, capacitors, diodes, transistors and other familiar and master the use of Proteus simulation software Protel 99 SE software tools such as mapping software and use of them. AD of the internal microcontroller to convert analog into digital, programmed to control the various peripheral circuits and to achieve its function. The design of the circuit is simple, compact, low cost, superior performance characteristics.

Key words：Light intensity; photosensitive resistance; MCU

引言 (1)

1.系统概述 (1)

1.1 设计要求 (1)

1.2方案设计 (2)

1.2.1方案说明 (2)

1.2.2方案论证 (2)

2.硬件电路设计与分析 (3)

2.1单片机最小系统 (3)

2.2光敏电阻的主要特性及参数 (5)

2.3光敏电阻接入电路图 (6)

2.4数码管显示电路 (7)

2.5报警电路 (7)

3.软件设计 (8)

3.1主程序 (8)

3.2安装调试及测量数据分析 (9)

3.3出现的问题与解决的方法 (9)

4.实训的心得体会 (10)

致谢 (11)

参考文献 (12)

附录 (12)

引言

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数码管来显示，不同的光强对应于不同数码管显示值，就能简单的显示出不同的光强了。

1 系统概述

1.1 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）。通过采样到的光照射强度选择，在数码管上显示电压的大小。

(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。

（6）不断检测设计和实践的相差情况

（6）仿真调试方案

（7）给出系统整机电路图。

（8）完成课程设计报告 1.2 方案设计 1.2.1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

1.2.2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LM358N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

采用数码管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，两个比较器的输出电压分别为（-5V，5V），LED2、LED3被点亮。这样三种状态就显示出来了。

（4）光报警部分

采用有源蜂鸣器作为报警器件。电路连接如原理图所示，用两个NPN型BJT 三极管的导通来控制报警电路的导通，三极管的导通又受发光二极管导通与否的控制，发光二极管的导通受光照的控制。所以光强就可以控制报警器了，设计方案采用了当光照较强或较暗时报警。工作过程分析如下：当光照较强时，两个比较器的输出电压分别为（5V，0V），LED1点亮，三极管BJT1被导通，报警电路被导通，蜂鸣器报警；光照适宜时，两个比较器的输出电压分别为（-5V，0），LED2被点亮，三极管BJT1截止，报警电路也截止；光照黑暗时，两个比较器的输出电压分别为（-5V，5V），LED2、LED3被点亮，BJT2被导通，报警电路也被导通，蜂鸣器报警。

2 硬件电路设计与分析

2.1单片机最小系统

STC12C5A08S2简介：

新一代宏晶芯片具有1个时钟/机器周期，高速、高可靠，2路PWM，8路10位高速A/D转换，25万次/秒1T 8051带总线,无法解密,管脚直接兼容传统89C52,有全球

唯一ID号可省复位电路,36-44个I/O内部R/C时钟的新一代宏晶芯片加密性强，解密难度高。

中断系统是使处理器具有对外界异步事件的处理能力而设置的。当中央处理器CPU正在处理某件事的时候外界发生了紧急事件，要求CPU暂停当前的工作，转而去处理这个紧急事件。时钟电路。由于频率较大时，三角波、正弦波、方波等波中每一点延时时间为几微秒，故延时时间还要加上指令时间即可得到指定频率的波形，该电路用24MHz晶振。如下图：

图2 主控电路图

●宽电压：5.5～3.3V，2.2～3.6V（STC12LE5A60S2系列）

●增加第二复位功能脚（高可靠复位，可调整复位门槛电压，频率<12MHz 时，无需此功能）

●增加外部掉电检测电路,可在掉电时,及时将数存进EEPROM,正常工作时无需操作EEP

●低功耗设计：空闲模式,HOLTEK芯片解密，（可由任意一个中断唤醒）

●低功耗设计：掉电模式（可由外部中断唤醒），可支持上升沿和远程唤醒

●工作频率：0～35MHz，相当于普通8051：0～420MHz

图3 单片机内部接入

2.2光敏电阻的主要特性及参数

（1）光电流、亮电阻。光敏电阻器在一定的外加电压下，当有光照射时，流过的电流称为光电流，外加电压与光电流之比称为亮电阻，常用“100LX”表示。

（2）暗电流、暗电阻。光敏电阻在一定的外加电压下，当没有光照射的时候，流过的电流称为暗电流。外加电压与暗电流之比称为暗电阻，常用“0LX”表示。

（3）灵敏度。灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗电阻）与受光照射时的电阻值（亮电阻）的相对变化值。

(4）在一定外加电压下，光敏电阻的光电流和光通量之间的关系。不同类型光敏电阻光照特性不同，但光照特性曲线均呈非线性。因此它不宜作定量检测元件，这是光敏电阻的不足之处。一般在自动控制系统中用作光电开关。、

（5）光敏电阻的光谱特性光谱特性与光敏电阻的材料有关。硫化铅光敏电阻在较宽的光谱范围内均有较高的灵敏度，峰值在红外区域；硫化镉、硒化镉的峰值在可见光区域。因此，在选用光敏电阻时，应把光敏电阻的材料和光源的种

类结合起来考虑，才能获得满意的效果。

（6）光敏电阻的伏安特性在一定照度下，加在光敏电阻两端的电压与电流之间的关系称为伏安特性。在给定偏压下,光照度较大，光电流也越大。在一定的光照度下，所加的电压越大，光电流越大，而且无饱和现象。但是电压不能无限地增大，因为任何光敏电阻都受额定功率、最高工作电和额定电流的限制。超过最高工作电压和最大额定电流，可能导致光敏电阻永久性损坏。

（7）当光敏电阻受到脉冲光照射时，光电流要经过一段时间才能达到稳定值，而在停止光照后，光电流也不立刻为零，这就是光敏电阻的时延特性。由于不同材料的光敏，电阻时延特性不同，所以它们的频率特性也不同，硫化铅的使用频率比硫化镉高得多，但多数光敏电阻的时延都比较大，所以，它不能用在要求快速响应的场合。

2.3光敏电阻接入电路图

图4 光敏电阻接入电路

2.4数码管显示电路

图5 数码管电路

2.5报警电路

采用有源蜂鸣器作为报警器件。

图6 光报警电路和光显示电路

3 软件设计

软件设计上，根据功能分了几个模块编程。模块主要有：主程序模块、检测光度模块，比较光亮度模块。

3.1 主程序

图7 主程序的流程框图

应用Keil进行软件仿真开发的主要步骤为：编写源程序并保存—建立工程并添加源文件—设置工程—编译/汇编、连接，产生目标文件—程序调试。成功编译/汇编、连接后，选择菜单Debug-Start/Stop Debug Session(或按Ctrl+F5键)进入程序调试状态，Keil提供对程序的模拟调试功能，内建一个功能强大的仿真CPU以模拟执行程序。Keil能以单步执行(按F11或选择Debug-Step)、过程单步执行(按F10或选择Debug-Step Over)。如果发现程序有错，可采用在线汇编功能对程序进行在线修改(Debug-Inline Assambly…)，不必执行先退出调试环境、修改源程序、对工程重新进行编译/汇编和连接、然后再次进入调试状态的步骤。对于一些必须满足一定条件(如按键被按下等)才能被执行的、难以用单步执行方式进行调试的程序行，可采用断点设置的方法处理(Debug-Insert/Remove Breakpoint或Debug-Break points…等)。

3.2 安装调试及测量数据分析

3.2.1 通电、用万用表根据电路图仔细检查各线路连接是否正常。

3.2.2 先是调试单片机部分，DA和运算放大器芯片不接。用STC_ISP_V483软件通过串口下程序。看是否可以正常下程序。

3.2.3可以正常下程序时，给51单片机下一个让所有I/0口一会儿输入0，延时，再输出1，以此类推。用万用表测量各I/O口得电压是不是一会儿高，一会儿低。

3.2.4在单片机报警器和LM358芯片，给单片机下测试程序，通过看数码管输出是否正常。

3.3 出现的问题与解决的方法

3.3.1调试单片机的串口时，发现不能正常的下程序。我想可能是单片机坏了借了一块学习板测试了一下单片机芯片，发现可以正常下载。这说明很可能是我单片机的引脚可能出现焊接问题。有可能哪个引脚虚焊或假焊了。我仔细查看了电路图于是我将电路板重新加焊一遍。终于可以正常下载了。

3.3.2 开始写的测试程序输出的数据误差很大。我想可能是光敏二极管这一模块出现了问题，于是不断的排查和检测。最终还是被我弄好了。

3.3.4尽可能的让电路板做到很完美，调节好各级的电阻让实验结果精确。刚开始报警声音很小。这也是要检测和排查修改的范围。

3.3.5测量仪器：示波器;直流稳压电源;万用表。

4 实训的心得体会

我认为设计此装置可以让我们得到适宜的光照，便于调节。可以用于大棚蔬菜的培养，路灯的控制，汽车的在夜间行驶时突遇强光照射司机的眼睛等问题。当汽车行驶时，光照很强照在司机的眼睛上时，光敏电阻可在到达司机眼睛之前感受到光照增强此时可将报警装置改为一个自动放下虑光板，可以保护眼睛同时可以避免交通事故的发生。此装置用于路灯的控制，因为冬夏的日照不同，此装置可根据亮度的不同控制路灯，这样一来可以节省资源同时可以在最需要的时候开启路灯。

通过本次课程设计，我对传感器、电路系统设计有了更深的的理解也加强了我的实际动手能力。也第一次这么近距离的了解自动化的含义，了解传感器。接触到我们以后需要使用和进一步了解的程序。不管是电路理论，还是实际应用，经过此次设计后我的能力都有了不少提升。同时在本次课程设计时，也暴露了自己的不少毛病，如设计过程中缺乏规范化，标准化，仿真软件不熟悉等。刚开始的的时候，Protel完全不会，但经过两天的摸索，也逐步上手了。通过这几天的努力奋斗，最终做出电路原理图，心里有一种莫名的成就感。在这次课程设计中，我也有很多不足，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，因此我希望有更多类似课程设计。

致谢

在此，我特别要感谢我的指导老师。王守华、李秀东、童有为、胡机秀老师他们学识渊博，专业精通，对事业怀着深厚的感情；他诲人不倦，与同学们保持着良好的沟通并经常给予科学的指导和热心的勉励。就本设计而言，从提纲、草拟、修改到最后定稿，老师都给予了一而再、再而三的精心指导，每个环节都凝结老师努力的付出和辛劳的汗水。毋庸讳言，老师的道德文章将成为我人生的座标和里程碑。

开始老师指导我们课题方案设计，在选题以及研究设计方法上给予的悉心指导，使我尽快理清思路，通过请教老师以及查找资料使我较快的完成了对软件的编程及调试和顺利完成了论文写作。整个实训内容都是在老师悉心指导下完成的，老师严谨的治学作风、求实的工作态度使我受益匪浅，更重要的是从老师身上学到了对待任何事情的那种精益求精和一丝不苟的精神和态度，特别是在王守华老师的身上我学到了一种思维的扩展。在本次实训中，我遇到了很多难题，然而这些难题让我不断的学习，在困难中进步，本次实训同学们帮了我很多忙，通过同学之间的相互帮助，我更加顺利地完成了本次实训，在此感谢我的同学朋友们！我要感谢学校给我们提供实训的机会

我要感谢学校给我们提供实训的机会，感谢指导教师对我的教导，我还要感谢给予我很多关心和帮助的同学们，你们对我的关爱让我深深感受到了生活的美好，谢谢你们一直以来给予我的理解、鼓励和支持，你们是我不断取得进步的永恒动力。

参考文献

[1]王贤勇,赵传申，单片机原理与接口技术[M].北京:清华大学出版社, 2010

[2]杨拴科，模拟电子技术基础[J].北京：高等教育出版社，2010

[3]李元庆，电路基础 [M].广东:华南理工大学出版社, 2007

[4]戴梅鄂,史嘉权.微型计算机技术及应用[M].北京:清华大学出版社, 2002

[5]蒋延彪.单片机原理及应用[M].重庆:重庆大学出版社, 2003

[6]胡汉才.单片机原理及系统设计[M].北京:清华大学出版社, 2002

[7]丁镇生.传感器及传感技术应用[M].北京:电子工业出版社,2000.

附录：

图8 总原理图

图9 PCB图

电阻应变式传感器.

电阻应变式传感器应变式传感器是基于测量物体受力变形所产生应变的一种传感器，最常用的传感元件为电阻应变片。应用范围：可测量位移、加速度、力、力矩、压力等各种参数。应变式传感器特点 ①精度高，测量范围广； ②使用寿命长，性能稳定可靠； ③结构简单，体积小，重量轻； ④频率响应较好，既可用于静态测量又可用于动态测量； ⑤价格低廉，品种多样，便于选择和大量使用。 1、应变式传感器的工作原理 (1) 金属的电阻应变效应金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象，称为金属的电阻应变效应。公式推导：若金属丝的长度为L，截面积为S，电阻率为ρ，其未受力时的电阻为R，则: (9.1)

如果金属丝沿轴向方向受拉力而变形，其长度L变化dL，截面积S 变化dS，电阻率ρ变化，因而引起电阻R变化dR。将式(9.1)微分，整理可得: (9.2) 对于圆形截面有： (9.3) 为金属丝轴向相对伸长，即轴向应变；而则为电阻丝径向相对伸长，即径向应变，两者之比即为金属丝材料的泊松系数μ，负号表示符号相反，有: (9.9) 将式(9.9)代入(9.3)得: (9.5) 将式(9.5)代入(9.2)，并整理得： (9.6) (9.7) 或 K0称为金属丝的灵敏系数，其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化。 K0称为金属丝的灵敏系数，其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化。

公式简化过程：由式可以明显看出，金属材料的灵敏系数受两个因素影响：一个是受力后材料的几何尺寸变化所引起的，即项；另一个是受力后材料的电阻率变化所引起的，即项。对于金属材料项比项小得多。大量实验表明，在电阻丝拉伸比例极限范围内，电阻的相对变化与其所受的轴向应变是成正比的，即K0为常数，于是可以写成： (9.8) Array通常金属电阻丝的K0=1.7～4.6。通常金属电阻丝的K0=1.7～4.6。 (2) 应变片的基本结构及测量原理距用面积。应变片的规格一般以使用面积和电阻值表示，如 2 为的电阻丝制成的。高的阻值，栅状，在绝缘的基底上。两端焊接引线。

电阻式传感器的工作原理及应用

电阻式传感器的工作原理及应用 ————气敏传感器气敏传感器是气敏电阻利用气体在半导体表面的氧化和还原反应导致敏感元件阻值变化的效应而制成的传感器。按其结构可以分为烧结型、薄膜型、厚膜型三种。工作原理气敏电阻按其电阻变化的机理可分为表面控制型和体控制型，前者是通过使半导体载流子增多和减少来引起半导体电阻率变化的；后者则是通过使半导体体内晶格发生变化而引起电阻变化的。常见的气敏电阻大都属于表面控制型。以半导体材料2n S O 为例说明表面控制型气敏电阻的工作原理。半导体材料2n S O 属于N 型半导体，这类半导体气敏电阻工作时通常都需要加热。元件在加热开始时阻值急剧的下降，然后上升，一般经过2~10分钟才达到稳定，称之为初始稳定状态。元件只有在达到初始稳定状态后才可用于气体检测。因为元件在“清洁大气”中吸附的氧气量固定不变（空气中的氧分压几乎固定不变），所以其阻值保持一定。一旦某种浓度的被测气体流过元件，则在元件表面产生吸附，此时元件的阻值将随气体浓度变化而变化。如果被测气体是氧化性气体（如2O 和x NO ），则被吸附气体分子会从气敏元件夺取电子，使N 型半导体元件中的载流子电子减少，从而使电阻值增大。如果你被测气体是还原性气体（如2H 、CO 、酒精等），则气体分子会向气敏元件释放电子，使元件中的载流子电子增多，从而使电阻值下降。

气敏电阻对不同气体的灵敏度差别很大，如对乙醚、乙醇、氢气等具有较高的灵敏度，而对甲烷和CO 的灵敏度则较低。在材料中掺入某些金属氯化物或贵金属化合物，可提高元件的吸附活性，并显著提高元件的灵敏度和扩大测试范围。气敏传感器的应用 1、可燃气体排风警报器当检测到气体浓度达到爆炸或中毒报警器设置的临界点时，可燃气体排风警报器就会发出报警信号，以提醒工作人员采取安全措施，并驱动排风、切断、喷淋系统，防止发生爆炸、火灾、中毒等事故。从而保障安全生产。本设计主要用于检测空气中的可燃气体，常见的如有氢气、一氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯、丁烯、乙炔、丙炔、丁炔、硫化氢、磷化氢等当被测场所的空气中存在可燃气体时，探测器便将感知到的信息送到报警仪表；若可燃气体的浓度超过安全指标，则报警器发出光声告警提示，并自动启动排风设备。可燃气体排风警报器的电路原理图如图所示，包括减压整流、稳压模块、气敏传感元件和触发、声光报警电路。半导体气敏元件采用MQ —2型；由于要求灯丝加热电压稳定，所以采用三端稳压器7805对灯丝电压进行稳压，开机预热三分钟。图中的555和2R 、2RP 、4C 组成可控多谐振荡器。平时，强制复位端4脚处于低电平，555处于停振状态；当气敏元件检测到可燃气体时，A —B 极间阻值减小，使4脚电位上升到1V 以上，555起振，振荡频率取决于2R 、2RP 、4C 的时间常数，即f=1.44/224()R RP C 。

光敏电阻传感器论文

传感器综合设计实训(论文)说明书题目：光敏电阻检测光照亮度院（系）：力学与光电物理学院专业：应用物理学姓名：江运学号： 2014305066 指导教师：李洋 2012年6月20号

摘要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。本设计有光照强度报警控制系统和光照强度等级显示电路以及光照亮度的显示。本设计采用了STC单片机为主控制电路，用数码管显示光照强度值，用绿、黄、红LED来显示光照亮度等级，用蜂鸣器来做报警电路。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，电阻、电容、二极管、三极管等熟悉，掌握Proteus 仿真软件的运用、Protel 99 SE 工具软件等绘图软件，并加以运用。用单片机内部的AD转换实现模拟转化为数字量，通过编程控制各个外围电路并实现其功能。本设计具有有线路简单、结构紧凑、价格低廉、性能优越等特点。关键词：光照强度；光敏电阻；单片机

电阻应变片式传感器

电阻应变片式传感器应变式传感器已成为目前非电量电测技术中非常重要的检测手段，广泛的应用于工程测量和科学实验中。它具有以下几个特点。（1）精度高，测量范围广。对测力传感器而言，量程从零点几N 至几百kN ，精度可达0.05%F S ?（F S ?表示满量程）；对测压传感器，量程从几十Pa 至11 10Pa ，精度为0.1%F S ?。应变测量范围一般可由数με（微应变）至数千με（1με相当于长度为1m 的试件，其变形为1m μ时的相对变形量，即6 1110μεε-=?）。（2）频率响应特性较好。一般电阻应变式传感器的响应时间为710s -，半导体应变式传感器可达1110 s -，若能在弹性元件设计上采取措施，则应变式传感器可测几十甚至上百kHz 的动态过程。（3）结构简单，尺寸小，质量轻。因此应变片粘贴在被测试件上对其工作状态和应力分布的影响很小。同时使用维修方便。（4）可在高（低）温、高速、高压、强烈振动、强磁场及核辐射和化学腐蚀等恶劣条件下正常工作。（5）易于实现小型化、固态化。随着大规模集成电路工艺的发展，目前已有将测量电路甚至A/D 转换器与传感器组成一个整体。传感器可直接接入计算机进行数据处理。（6）价格低廉，品种多样，便于选择。但是应变式传感器也存在一定缺点：在大应变状态中具有较明显的非线性，半导体应变式传感器的非线性更为严重；应变式传感器输出信号微弱，故它的抗干扰能力较差，因此信号线需要采取屏蔽措施；应变式传感器测出的只是一点或应变栅范围内的平均应变，不能显示应力场中应力梯度的变化等。尽管应变式传感器存在上述缺点，但可采取一定补偿措施，因此它仍不失为非电量电测技术中应用最广和最有效的敏感元件。一、电阻应变片的工作原理电阻应变片的工作原理是基于应变效应。电阻应变效应是指金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。其中半导体材料在受到外力作用时，其电阻率ρ发生变化的现象叫应变片的压阻效应。导体或半导体的阻值随其机械应变而变化的道理很简单，因为导体或半导体的电阻L R S ρ=与电阻率及其几何尺寸

光敏电阻传感器课程设计

课程设计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电气信息工程学院专业班级学生姓名学生学号指导教师 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. 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

电阻应变式传感器的基本原理、结构和应用

一、原理由欧姆定律知，对于长为、截面积为、电阻率为的导体，其电阻若、和均发生变化，则其电阻也变化，对上式全微分，有设半径为的圆导体， = ，代入上式，电阻的相对变化为因为则式中——导体的纵向应变。其数值一般很小，常以微应变度量， 1 =10－6； ——材料泊桑比，一般金属=0.3-0.5； ——压阻系数，与材质有关； E——材料的弹性模量。上式中，表示几何尺寸变化而引起电阻的相对变化量；表示由于材料电阻率的变化而引起电阻的相对变化量。

不同属性的导体，这两项所占的比例相差很大。若定义导体产生单位纵向应变时，电阻值相对变化量为导体的灵敏度系数，则显然，S S愈大，单位纵向应变引起的电阻值相对变化愈大，说明应变片愈灵敏。可用不同的导体材料制成应变片，目前主要有金属电阻应变片和半导体应变片两类。二、金属电阻应变片１.结构形式

原理：对于金属电阻应变片，材料电阻率随应变产生的变化很小，可忽略，得：电阻丝应变片又称金属丝电阻应变片,其优点是制作方便,应变横向效应大. 选用应变片时，要考虑应变片的性能参数，主要有：应变片的电阻值、灵敏度、允许电流和应变极限等。市售金属电阻应变片的电阻值已趋于标准化，主要规格有60Ω、120Ω、350Ω 600Ω和1000Ω等，其中120Ω用得最多。应变片产品包装上标明的"标称灵敏系数"，出厂时测定的该批产品的平均灵敏度系数值。 2.其他结构形式

三、半导体应变片结构形式对于半导体应变片，几何尺寸变化引起的电阻变化远小于由材料电阻率变化引起的电阻变化，前者可忽略不计，可得从而可得半导体应变片灵敏度系数为半导体应变片的最突出优点是灵敏度大，Ｓ可达60～150，能直接与记录仪器连接而不需放大器，使测量系统简化。此外，其横向效应小，机械滞后小和体积小。缺点是电阻值和灵敏度的温度稳定性差。当应变较大时，非线性严重。由于受晶向、杂质等因素影响，灵敏度分散度大。学习时注意观察应变片粘贴的位置及方向。

电阻应变式传感器

1.一丝绕应变计的灵敏系数为2，初始阻值100Ω，试求当试件受力后的应变为1.8?103 时该应变计的电阻变化ΔR。 2.一试件受力后的应变为2?10-3；丝绕应变计的灵敏系数为2，初始阻值120Ω，温度 C0/，线膨胀系数为14?10-6C0/；试件的线膨胀系数为12?10-6C0/。试系数-50?10-6 求：温度升高20℃时，应变计输出的相对误差和相对热输出。 3.在悬臂梁的上下方各贴一片电阻为120Ω的金属应变片R1和R2。若应变片的灵敏系数 k=2，电源电压U=2V，当悬臂梁顶端受到向下的力F时，电阻R1和R2的变化值ΔR1=ΔR2 =0.48Ω，试求电桥的输出电压。 4.图为一直流应变电桥，图中U=4V，R1=R2=R3=R4=120Ω，试求： ①R1为金属应变片，其余为外接电阻，当R1的增量为ΔR1=1.2Ω时，电桥输出电压U O。 ② R1、R2都是应变片，且批号相同，感应应变的极性和大小都相同，其余为外接电阻，电桥输出电压U O。 ③题②中，如果R2与R1的感受应变的极性相反且ΔR1=ΔR2=1.2Ω，电桥输出电压U O。 5.图3-6为等强度梁测力系统，R1为电阻应变片，应变片灵敏度系数K=2.05，未受应变时，R1=120Ω，当试件受力F时，应变片承受平均应变ε=800μm/m，试求： ①应变片的电阻变化量R1和电阻相对变化量ΔR1/R ②将电阻应变片R1置于单臂测量电桥，电桥电流电压为直流3V，求电桥输出电压及电桥非线性误差。

③若要减小非线性误差，应采取何种措施？分析其电桥输出电压及非线性误差的大小。 6.利用悬臂梁结构可以构成称重传感器。试就在悬臂梁的上下方各贴一片金属应变片组成差动半桥和各贴二片金属应变片组成差动全桥时的应变电阻片的布贴方式、电桥连接方法和相应的输出电压大小做出说明, 并说明其差动和温度补偿的原理。 7.一个初始阻值为120Ω的应变片，灵敏度为K=2.0，如果将该应变片用总阻值为12Ω的导线连接到测量系统，求此时应变片的灵敏度K’。 8.采用四片相同的金属丝应变片（K=2），将其粘贴在如图所示的实心圆柱形测力弹性元件上。已知力F=10kN，圆柱横截面半径r=1cm，材料的弹性模量2 10-7 N/cm2，泊松比μ=0.3。（1）画出应变片在圆柱上的粘贴位置及相应的测量桥路原理图。（2）求各应变片得应变及电阻相对变化量。（3）若电桥供电电压U=6V，求桥路输出电压U o。（4）此种测量方法能否补偿环境温度对测量的影响，说明理由。

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

应变片式电阻传感器的测量电路

2.3 应变片式传感器的测量电路电阻应变计可把机械量变化转换成电阻变化，但电阻变化是很小的，用一般的电子仪表很难直接检测。例如，常规的金属应变计的灵敏系数k 值在1.8~4.8之间，机械应变在10~6000με之间，相对变化电阻 /R R k ε?=就比较小。例1设某被测件在额定载荷下产生的应变为1000με，粘贴的应变计阻值120R =Ω，灵敏系数2k =，则其电阻的相对变化为 6/21000100.002R R k ε-?==??= 电阻变化率仅为0.2%。这样小的电阻变化，必须用专门的电路才能测量。测量电路把微弱的电阻变化转换为电压的变化，电桥电路就是这种转换的一种最常用的方法。 2.3.1 应变电桥电桥电路即是惠斯通电桥，其结构如图所示。四个阻抗臂1234 ,,,Z Z Z Z 以顺时针排列，AC 是电源端，工作电压为U ；BD 为输出端，输出电压为0U 。在这个阻抗电桥的桥臂上接入应变计，就叫应变电桥。应变电桥按不同的方式可分为不同的类型，主要有以下分类方式。 1 按工作臂分单臂电桥：电桥的一个臂接入应变计。双臂电桥：电桥的两个臂接入应变计。全臂电桥：电桥的四个臂都接入应变计。 2 按电源分按电源不同，可分为直流电桥和交流电桥。直流电桥的电源是直流电压，其桥臂只能接入阻性元件，主要用于应变电桥的输出，不需中间放大就可直接显示的情况。例如半导体应变计的输出灵敏度高，可采用直流应变电桥作为测量电路，直接输出并显示结果。交流电桥的电源是交流电压，其桥臂可以是阻性（R ）、感性（L ）或容性（C ）元件。主要用于输出需放大的场合。例如金属应变计的输出灵敏度较低，应采用这种交流应变电桥作为测量电路，以进一步放大输出。 3 按工作方式分按工作方式不同，可分为平衡桥式电路和不平衡桥式电路。平衡桥式电路又叫零位测量法，它带有调整桥臂平衡的伺服反馈机构，当仪表指示测量值时，电桥处于平衡状态。零位测量法常用于高精度、长时间的静态应变测量。不平衡桥式电路又称为偏差测量法，其输出的是与桥臂应变量成一定函数关系的不平衡电量，再作进一步放大和显示。当仪表指示测量值时，电桥处于不平衡状态。偏差测量法响应快，常用于动态应变测量。 4按桥臂关系分按桥臂关系不同，可分为半等臂电桥和全等臂电桥。半等臂电桥又可分为对电源端对称电桥（即1423,Z Z Z Z ==）和对输出端对称电桥（即 1234,Z Z Z Z ==）。图2.3.1 电桥电路的结构

电阻应变式传感器_实验报告

大连理工大学大学物理实验报告院（系）材料学院专业材料物理班级 0705 姓名童凌炜学号 200767025 实验台号实验时间 2009 年 03 月 06 日，第二周，星期五第 5-6 节实验名称电阻应变式传感器教师评语实验目的与要求： 1. 学习电阻应变式传感器的基本原理、结构、特性和使用方法 2. 测量比较几种应变式转换电路的输出特性和灵敏度 3. 了解温度变化对应变测试系统的影响和温度补偿方法主要仪器设备： CSY 10A 型传感器系统实验仪实验原理和内容： 1. 应变效应导体或半导体在外力的作用下发生机械变形时，其阻值也会发生相应的变化，成为应变效应。电阻应变片的工作原理即是基于这种效应，将本身受力形变时发生的阻值变化通过测量电路转换为可使用的电压变化等以提供相关力的大小。金属丝的电阻应变量可由以下算式表达：金属丝的原始电阻值为S L R ρ= ，收到轴向拉力时，发生电阻值变化R ?，变化比例的表达式为： S S L L R R ?-?+?=?ρρ，根据金属丝在力学和材料学上的相关性质，在弹性范围内可以对公式进行改写，得到 L L k L L L L R R ?=??? ??????++=?ρρμ)21(，其中系数k 称为电阻应变片的灵敏系数，表示单位应变量引起的电阻值变化，它与金属丝的几何尺寸变化和本身的材料特性有关；一般半

导体的灵敏系数要远大于金属的灵敏系数。（由于受力会影响到半导体内部的载流子运动，固可以非常灵敏地反映细微的变化） 2. 电阻式应变传感器的测量电路转换电路的作用是将电阻变化转换成电压或电流输出，电阻应变式传感器中常用的是桥式电路，本实验使用直流电桥。驳接阻抗极高的仪器时，认为电桥的输出端断路，只输出电压信号；根据电桥的平衡原理，只有当电桥上的应变电阻发生阻值变化时，电压信号即发生变化；电桥的灵敏度定义为 R R V k v /?= 根据电阻变化输入电桥的方法不同，可以分为单臂、半桥和全桥输入三种方式： 2.1 单臂电桥只接入一个应变电阻片，其余为固定电阻。设电桥的桥臂比为 n R R R R ==2 314，根据电桥的工作原理，并忽略一些极小的无影响的量，可以得到输出电压的表达式为11 )1(2R R n nU V ??? ?? ??+≈，同时得到单臂电桥灵敏度表达式2 ) 1(/n nU R R V k v +=?= 单臂电桥的实际输出电压与电阻变化的关系是非线性的，存在非线性误差，故不常使用。 2.2 半桥如图，接入两个应变电阻和固定电阻，设初始状态为R1=R2=R3=R4=R, ΔR1=ΔR2=ΔR ，可以得到电压表达式U R R V ?= 21，半桥灵敏度表达式U k v 2 1 =，可见输出电压与电阻的变化严格呈线性关系，不存在线性误差，灵敏度比单臂电桥提高了一倍。 2.3 全桥全部电阻都使用应变电阻，且相邻的两个臂的受力方向相反，根据电桥性质可以得到电压及灵敏

光敏传感器

光敏传感器的光电特性内容摘要光敏传感器有很多种类，主要有：光敏电阻、光敏二极管，光敏三极管、光电管、太阳能电池、红外线传感器、紫外线传感等。光敏传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器。它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。本实验主要是研究光敏电阻、硅光电池、光敏二极管、光敏三极管四种光敏传感器的基本特性，即伏安特性、光照特性等。关键词：光敏电阻硅光电池光敏二极管光敏三极管【实验目的】了解光敏电阻的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线。了解硅光电池的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线。了解光敏二极管的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线。了解光敏三极管的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线。【实验仪器】全封闭光通路、实验电路、待测光敏传感器（光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池）、实验连接线【实验原理】 1、光电效应光敏传感器的物理基础是光电效应，光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。在光辐射作用下电子逸出材料的表面，产生光电子发射称为外光电效应，或光电子发射效应。电子并不逸出材料表面的则是内光电效应，几乎大多数光电控制应用的传感器都是此类，通常有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等。光电导效应、光生伏特效应是两种常见的内光电效应。 2、光敏传感器的基本特性本实验主要是研究光敏电阻、硅光电池、光敏二极管、光敏三极管四种光敏传感器的基本特性。光敏传感器的基本特性则包括：伏安特性、光照特性等。其中光敏传感器在一定的入射照度下，光敏元件的电流I 与所加电压U 之间的关系称为光敏器件的伏安特性。改变照度则可以得到一族伏安特性曲线。光敏传感器的光谱灵敏度与入射光强之间的关系称为光照特性，有时光敏传感器的输出电压或电流与入射光强之间的关系也称为光照特性。（1）光敏电阻利用具有光电导效应的半导体材料制成的光敏传感器称为光敏电阻。当内光电效应发生时，光敏电阻电导率的改变量为： p n p e n e σμμ?=???+??? （1）在（1）式中，p ?为空穴浓度的改变量，n ?为电子浓度的改变量，μ表示迁移率。当两端加上电压U 后，光电流为：

电阻应变式称重传感器原理

电阻应变式称重传感器原理电阻应变式称重传感器原理电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。由此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。下面就这三方面简要论述。一、电阻应变片电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数K。我们来介绍一下它的意义。设有一个金属电阻丝，其长度为L，横截面是半径为r的圆形，其面积记作S，其电阻率记作ρ，这种材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为R： R = ρL/S（Ω）（2—1）当他的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长ΔL，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少Δr。此外，还可用实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作Δρ。对式（2--1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。我们有： ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2 （2—2）用式（2--1）去除式（2--2）得到 ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L –ΔS/S （2—3）另外，我们知道导线的横截面积S = πr2，则Δs = 2πr*Δr，所以 ΔS/S = 2Δr/r （2—4）从材料力学我们知道 Δr/r = -μΔL/L （2—5）其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。把式（2—4）（2—5）代入（2--3），有 ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L =（1 + 2μ（Δρ/ρ）/（ΔL/L））*ΔL/L = K *ΔL/L （2--6）其中 K = 1 + 2μ +（Δρ/ρ）/（ΔL/L）（２--７）式（2--6））说明了电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对变化）之间的关系。需要说明的是：灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的K值一般在 1.7—3.6之间；其次K值是一个无因次量，即它没有量纲。在材料力学中ΔL/L称作为应变，记作ε，用它来表示弹性往往显得太大，很不方便

光敏传感器的原理及其应用

光敏传感器的原理及其应用的探讨(大学物理拓展与应用结课论文) 专业：班级：姓名：学号：出题教师: 学院: ^^^^^^^^^^^^ 撰写日期:

摘要：众所周知,如今在人类的生产、生活中，传感器已得到了广泛的应用，尤其对于高精密的产品要借助各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。在医学中，借助传感器能够更好分析病因，得到一个好的治疗方案。在科研究中，传感器更具有突出的地位，许多领域人的感官还有简易的传感器根本无法得到精确的数据，必须借助高精密的传感器来实现分析测量，而光敏传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，因其具有非接触、响应快、性能可靠等特点，故而在自动控制和非电量电子技术中占有非常重要的地位。关键词：光敏传感器；工作原理；应用. 一、传感器的组成（1）敏感元件：它能直接感受被测非电量，并按一定规律将其转换成与被测非电量有确定对应关系的其他物理量。（2）转换器件（又称变换器、传感器件）：将敏感元件输出的非电物理量（如光强等）转换成电路参量。（3）信号调节（转换）电路：将转换器件输出的电信号进行放大、运算、处理等，以获得便于显示、记录、处理和控制的有用电信号。（4）辅助电源：它的作用是提供能源。有的传感器需要外部电源供电；有的传感器则不需要外部电源供电，如压电传感器。

二、光敏传感器的工作原理光敏传感器装有一个高精度的光电管,光电管有一块由”针式二管”组成的小平板,当向光电管两端施加一个反向的固定压时,任何光了对它的冲击都将导致其释放出电子,结果是,当光照强度越高,光电管的电流也就越大,电流通过一个电阻时,电阻两端的电压被转换成可被采集器的数模转换器接受的0-5V电压,然后采集以适当的形式把结果保存下来.简单的说，光敏传感器就是利用光敏电阻受光线强度影响而阻值发生变化的原理向机器人主机发送光线强度的模拟信号。光敏电阻器又叫光感电阻，其工作原理是基于光电效应。光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。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）。 ⑴光敏电阻原理：它是基于半导体光电效应工作的。光敏电阻无极性，纯粹是一个电阻元件。使用时可以加直流电压，也可以加交流电压。光敏电阻的工作原理：光

电阻应变式传感器

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目录一、产品简介 (3) 二、实验箱组成 (3) 三、产品特点 (4) 四、传感器 (4) 五、V9.0数据采集卡及处理软件 (5) JC-SCS-V2.0传感器系统实验箱实验举例 (7) 实验一应变片单臂特性实验 (7) 实验二应变片半桥特性实验 (13) 实验三应变片全桥特性实验 (14) *实验四应变片单臂、半桥、全桥特性比较 (16) 实验五应变直流全桥的应用—电子秤实验 (17) 实验六应变片的温度影响实验 (19) *实验七应变片温度补偿实验 (21)

JC-SCS-V2.0传感器系统实验箱说明书一、产品简介 JC-SCS-V2.0传感器系统实验箱主要用于各大、中专院校开设的“传感器原理”“自动检测技术”“非电量电测技术”“测量与控制”“机械量电测”等课程的实验教学。 JC-SCS-V2.0实验箱的传感器采用原理与实际相结合，便于学生加强对书本知识的理解，并在实验过程中，通过信号的拾取，转换，分析，培养学生作为一个科技工作者具有的基本操作技能与动手能力。同时配有辅助智能传感器实验系统，让学生完全动手进行编程，完成相关设计性实验。二、实验箱组成 SCS-XS传感器实验箱如下图所示：主要由机头、主板、信号源、传感器、数据采集卡、PC接口、软件等各部分组成。 1、机头由应变梁(含应变片、PN结、NTC R T热敏电阻、加热器等)；振动源(振动台)；升降调节杆；测微头和传感器的安装架(静态位移安装架)；传感器输入插座；光纤座及温度源等组成。

光电二极管传感器模块光敏二极管传感器模块亮度传感器光敏传感器

光电二极管传感器模块光敏二极管传感器模块亮度传感器光敏传感器一原理图二模块描述 1 可以检测周围环境的亮度和光强（与光敏电阻比较，方向性比较好，可以感知固定方向的光源） 2 灵敏度可调（图中蓝色数字电位器调节） 3 工作电压3.3V-5V 5 输出形式 a 模拟量电压输出 b 数字开关量输出（0和1） 6 设有固定螺栓孔，方便安装 7 小板PCB尺寸：3cm * 1.6cm 三模块接口说明（4线制） 1 VCC 外接3.3V-5V电压（可以直接与5v单片机和3.3v单片机相连） 2 GND 外接GND

3 DO 小板数字量输出接口（0和1） 4 AO 小板模拟量输出接口四使用说明 1 光敏二极管模块对环境光强最敏感，一般用来检测周围环境的亮度和光强，在大多数场合可以与光敏电阻传感器模块通用，二者区别在于，光敏二极管模块方向性较好，可以感知固定方向的光源。 2 模块在无光条件或者光强达不到设定阈值时，DO口输出高电平，当外界环境光强超过设定阈值时，模块D0输出低电平； 3 小板数字量输出D0可以与单片机直接相连，通过单片机来检测高低电平，由此来检测环境的光强改变； 4 小板数字量输出DO可以直接驱动本店继电器模块，由此可以组成一个光电开关； 5 小板模拟量输出AO可以和本店AD模块相连，通过AD转换，可以获得环境光强更精准的数值；五测试说明使用本店51开发板与光敏二极管模块测试接线说明：模块VCC 接开发板VCC 模块GND接开发板 GND 接好VCC和GND，模块电源指示灯会亮将模块放置有光源处，调节板上蓝色电位器，直到板上开关指示灯亮，然后用手遮住光敏二极管，模块开关指示灯将会灭。将手拿开，开关指示灯再会到点亮状态。这个现象就是说明，光源可以触发模块，从而使开关指示灯点亮。另外资料里面附带一个51程序，用来检测光敏二极管模块数字接口D0的高低电平具体说明如下：接线：模块VCC 接开发板VCC 模块GND接开发板 GND 模块D0接开发板P0.1 单片机：STC89C52 串口发送数据波特率：9600 现象：模块有光源触发，串口不断发送01，同时开关指示灯亮；模块无光源触发，串口不发送数据，同时开关指示灯灭。

光敏电阻器的特性和应用概要

光敏电阻器的特性和应用站长2006-4-2 15:05:30 光敏电阻是采用半导体材料制作，利用内光电效应工作的光电元件。它在光线的作用下其阻值往往变小，这种现象称为光导效应，因此，光敏电阻又称光导管。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，然后接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。光敏电阻的原理结构如图所示。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子—空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，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，也可以加交流电压。基本特性及其主要参数 1、暗电阻、亮电阻光敏电阻在室温和全暗条件下测得的稳定电阻值称为暗电阻，或暗阻。此时流过的电流称为暗电流。例如MG41-21型光敏电阻暗阻大于等于0.1M。光敏电阻在室温和一定光照条件下测得的稳定电阻值称为亮电阻或亮阻。此时流过的电流称为亮电流。MG41-21型光敏电阻亮阻小于等于1k。亮电流与暗电流之差称为光电流。显然，光敏电阻的暗阻越大越好，而亮阻越小越好，也就是说暗电流要小，亮电流要大，这样光敏电阻的灵敏度就高。 2、伏安特性在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与流过光敏电阻的电流之间的关系，称为伏安特性。由图2.6.2可知，光敏电阻伏安特性近似直线，而且没有饱和现象。受耗散功率的限制，在使用时，光敏电阻两端的电压不能超过最高工作电压，图中虚线为允许功耗曲线，由此可确定光敏电阻正常工作电压。图2.6.2 光敏电阻的伏安特性图2.6.3 光敏电阻的光电特性图 2.6.4 光敏电阻的光谱特性 3、光电特性光敏电阻的光电流与光照度之间的关系称为光电特性。如图2.6.3所示，光敏电阻的光电特性呈非线性。因此不适宜做检测元件，这是光敏电阻的缺点之一，在自动控制中它常用做开关式光电传感器。 4、光谱特性对于不同波长的入射光，光敏电阻的相对灵敏度是不相同的。各种材料的光谱特性如图2.6.4所示。从图中看出，硫化镉的峰值在可见光区域，而硫化铅的峰值在红外区域，因此在选用光敏电阻时应当把元件和光源的种类结合起来考虑，才能获得满意的结果。 5、频率特性当光敏电阻受到脉冲光照时，光电流要经过一段时间才能达到稳态值，光照突然消失时，光电流也不立刻为零。这说明光敏

光敏电阻传感器论文

传感器综合设计实训(论文)说明书题目：光敏电阻检测光照亮度院（系）：力学与光电物理学院专业：应用物理学姓名：江运学号：指导教师：李洋 2012年6月20号

摘要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。本设计有光照强度报警控制系统和光照强度等级显示电路以及光照亮度的显示。本设计采用了STC单片机为主控制电路，用数码管显示光照强度值，用绿、黄、红LED来显示光照亮度等级，用蜂鸣器来做报警电路。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，电阻、电容、二极管、三极管等熟悉，掌握Proteus 仿真软件的运用、Protel 99 SE工具软件等绘图软件，并加以运用。用单片机内部的AD转换实现模拟转化为数字量，通过编程控制各个外围电路并实现其功能。本设计具有有线路简单、结构紧凑、价格低廉、性能优越等特点。关键词：光照强度；光敏电阻；单片机

Abstracts This design is entitled to the photoresistor to measure light intensity, the strength of the light to change the photosensitive resistor size, so that the output voltage changes, by measuring the size of the output voltage value can be indirectly measuring the light intensity. The design of the light intensity alarm control system and the light intensity level display circuit and illumination brightness of the display. This design uses the STC microcontroller-based control circuit, digital display light intensity, light green, yellow, red LED display brightness levels, to do with buzzer alarm circuit. The design of the circuit design principles and functions of various parts of the circuit can achieve, requiring a variety of basic electronic components, resistors, capacitors, diodes, transistors and other familiar and master the use of Proteus simulation software Protel 99 SE software tools such as mapping software and use of them. AD of the internal microcontroller to convert analog into digital, programmed to control the various peripheral circuits and to achieve its function. The design of the circuit is simple, compact, low cost, superior performance characteristics. Key words：Light intensity; photosensitive resistance; MCU 目录引言 ................................................................ 1.系统概述 .......................................................... 1.1 设计要求......................................................... 1.2方案设计......................................................... 1.2.1方案说明....................................................... 1.2.2方案论证....................................................... 2.硬件电路设计与分析 ................................................ 2.1单片机最小系统................................................... 2.2光敏电阻的主要特性及参数......................................... 2.3光敏电阻接入电路图............................................... 2.4数码管显示电路................................................... 2.5报警电路......................................................... 3.软件设计 .......................................................... 3.1主程序........................................................... 3.2安装调试及测量数据分析........................................... 3.3出现的问题与解决的方法........................................... 4.实训的心得体会 .................................................... 致谢 ................................................................ 参考文献 ............................................................ 附录 ................................................................