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1河北科技大学课程设计报告学生姓名：齐文华学号：12L0751265专业班级：电子信息工程L126班课程名称：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2课程设计成绩评定表学生姓名齐文华学号12L0751265成绩专业班级电信L126起止时间2014---2015设计题目光控开关电路指导教师评语指导教师：年月日3目录一、引言----------------------4二、设计电路及原理------------4三、元件清单------------------5四、相关元器件的说明和介绍----6五、课设步骤------------------11六、实物图--------------------11七、发现问题并解决问题--------13八、心得与体会----------------13九、参考文献------------------144一、引言1.课程设计的目的1）使学生掌握传感器的使用方法和设计要点的基本技能，加深学生对“传感器原理及检测技术”理论知识的理解，为从事仪器系统开发与设计打下基础。2）锻炼学生自主独立完成课程设计的能力，培养学生积极动手创新的精神。3）通过课程设计提高我们动手实践能力，为我们以后更好的学习传感器和其他的相关知识奠定基础，使我们更好地适应现代社会的需求。2.设计思路来源随着科学技术的发展，许多高端技术已经实现了自动检测与控制。同时传感器的应用也逐渐增多，遍及人们生活的各个方面，给人们的生产和生活带来极大的方便。本设计选用光敏传感器，对特殊场合的光照强度进行检测与报警。主要应用于农业大棚、城市照明等对光照强度有要求的场合。本设计用发光二极管作为警示灯，当光照强度不满足要求时就会发光起到警示的作用。二、实际电路及原理1.电路图52.电路原理如图所示，光敏电阻R1和可调电阻RP组成串联电路，当光线变暗时光敏电阻阻值升高，RP两端电压下降，使VT1晶体管C、E之间阻值变大，导致VT2、Ub升高C、E之间电阻迅速减小，发光二极管导通。反之不亮。电子光控开关，将发光二极管该接继电器，可控制各种电器设备，可作为机器人光控探头。通电后，调节RP可改变控制要求。三、元件清单6VT190141个VT290141个光敏电阻R11个滑动变阻器RP10KΩ1个电阻R24.7kΩ1个发光二极管VD1个四、相关元器件的说明和介绍1、光敏电阻（1）介绍及应用光敏电阻又称阿光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅、和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照下，其组阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下漂移运动，电子奔向电源正极，空穴奔向电源负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。光敏电阻属半导体光敏器件，除具灵敏度高，反应速度快，光谱特性及R值一致性好等特点外，在高温，多湿恶劣条件下，还能保持高度的稳定性和可靠性，可广泛应用于照相机，太阳能庭院灯，草坪灯，验钞机，石英钟，音乐杯，礼品盒，迷你小夜灯，光声控开关，路灯自动开关以及各种光控玩具，光控灯饰，灯7具等光自动开关控制领域。（2）光敏电阻的分类根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：紫外光敏电阻器：对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等，用于探测紫外线。红外光敏电阻器：主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。锑化铟等光敏电阻器，广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。可见光光敏电阻器：包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。（本设计采用的就是）（3）主要参数特性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。82）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）光照特性光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。从光敏电阻的光照特性曲线可以看出，随着的光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降。若进一步增大光照强度，则电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓。在大多数情况下，该特性为非线性。5）伏安特性曲线。伏安特性曲线用来描述光敏电阻的外加电压与光电流的关系，对于光敏器件来说，其光电流随外加电压的增大而增大。6）温度系数光敏电阻的光电效应受温度影响较大，部分光敏电阻在低温下的光电灵敏较高，而在高温下的灵敏度则较低。7）额定功率额定功率是指光敏电阻用于某种线路中所允许消耗的功率，当温度升高时，其消耗的功率就降低。（四）工作原理9光敏电阻原理图1、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。2、发光二极管发光二极管（LED）是一种由磷化镓（GaP）等半导体材料制成的、能直接将电能转变成光能的发光显示器件。当期内部有一定电流通过时，发就会发光。它是半导体二极管的一种，可以把电能转换成光能。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，10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。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。放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，成为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，从而八点能直接转换成光能。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（及两端加上正向电压）电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就会发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流强度有关。3、三极管11三极管，全称赢为半导体三极管，也称双极型晶体管，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幅值较大的电信号，也用作无触点开关。三极管在我们日常生活中非常常用，90三极管在电子制作中也是一个不可缺少的重要部分。9014则为NPN型45V、100mA，功率为450mW，频率为150MHz，放大倍数为20-90。五、课设步骤1.确定课题设计电路并计算出算需元件的大小。2.采购元器件。3.焊接电路。除电池外，全部元器件都可焊装在印刷电路板上。安装顺序为R2、R1，再装RP可调电阻、两只三极管和发光管。通电后，调节RP可改变控制要求。4.检查实际所焊电路并调试。（1）观察电路是否有虚焊点或是短路的地方，并检查实际所焊电路是否与电路图一致并调试错误。（2）检查发光二极管是否损坏：将万用表置于测二极管的档位，将红黑表笔分别接在发光二极管的两端，查看发光二极管是否发光，若有一次测量发光则说明二级管正常。（3）检查光敏电阻是否正常。将万用表置于测电阻的档位，分别测量在有光照和无光照时光敏电阻的电阻。若电阻为0或是无穷大，则说明次光敏电阻损坏。六、实物图正面图12反面图13七、发现问题并解决问题电路焊接完毕之后接上电源会发现发光二极管会有一个逐渐由亮变暗或是由暗变亮的中间过程。只是由于滑动变阻器RP引起的，所以要解决这个问题，就需要把RP换成比较器。八、心得与体会课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会，从事工作前的必不可少的一个经历。这次课程设计锻炼我的动手能力，增强了思考问题，解决问题的能力，遇到困难时学会了换个角度来思考问题。而且这次课程设计，巩固与扩充了传感器应用设计等课程的所学内容，提高了计算能力，熟悉了规范和标准。最重要的是使我懂得了做一件事情需要如何去把握，怎么样能做到最好，增强了统筹全局的能力。做事要方方面面都考虑周全，14这样才能不犯错误，少犯错误。这次设计过程中也体现出了自己单独设计、综合运用知识能力的不足，需要多查阅资料和课本。不过总的来说这次课设还是很开心的，毕竟这是自己亲手做出来的东西。而且现在的我已经大三了，很快就面临着毕业，所以在剩下的时间里我要更加的努力学习，锻炼自己各个方面的能力，让自己充实的过好每一天，这样将来到社会上才能更好的生活，更容易融入社会，适应社会。九、参考文献传感器原理及应用模拟电子技术