基于光敏二极管的光探测器及亮度控制器

1编号：传感器技术原理与应用（实训）题目：基于光敏二极管的光探测器院（系）：应用科技学院专业：电子信息工程学生姓名：学号：指导教师：2010年06月23日2摘要针对时下人们对灯具亮度实现智能化的要求，本文完成了一种基于光敏二极管的光探测器及亮度控制器。首先使用光敏二极管驱动电路产生在ADC0809检测范围的亮度电压，然后通过51单片机读取亮度信号，亮度信号的等级送入数码管显示。再根据亮度信号产生PWM信号，最后将调制后的PWM送入数码管和高亮度LED驱动电路而完成亮度控制的功能，也可以将PWM转换成所需调节亮度的灯具能接受的电量信号而完成亮度控制。亮度控制等级由A/D转换的位数确定，共有8级，最高可以达到16级。关键词：智能化；光探测器；PWM；亮度控制；3引言..............................................................................................................11光敏二极管的简介...............................................................................21.1光敏二极管简介................................................................................................21.2光敏二极管与光敏电阻的比较.........................................................................21.3光敏二极管的驱动电路....................................................................................21.3.1晶体管连接方式.........................................................................................31.3.2运放连接方式.............................................................................................31.3.3直接连接方式.............................................................................................42ADC0809的驱动电路..........................................................................42.1ADC0809简介..................................................................................................42.2ADC0809的内部逻辑结构...............................................................................52.3各引脚的功能及连接........................................................................................52.3.1ADC0809各引脚功能................................................................................52.3.2地址输入和控制线.....................................................................................62.3.3数字量输出及控制线.................................................................................73数码管显示驱动电路...........................................................................83.174HC245简介...................................................................................................83.2位选驱动电路....................................................................................................93.3脉冲宽度调制(PWM)简介..............................................................................103.4PWM控制数码管亮度原理............................................................................113.5PWM控制高亮度发光二极管亮度的驱动电路.............................................124单片机最小系统.................................................................................135系统整体框图.....................................................................................1346软件的设计.........................................................................................146.1软件设计的思路..............................................................................................146.2根据思路制作程序流程图..............................................................................146.3根据流程图编写程序......................................................................................157系统的扩展.........................................................................................158总结....................................................................................................15谢辞........................................................................................................17参考文献.....................................................................................................18附录........................................................................................................195引言在哥本哈根世界气候大会中国承诺2020年国内单位国内GDP二氧化碳排放比2005年下降40％－45％，作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划，为了实现这一宏伟目标，我们需要从身边的事情做起。值得一提的是我们平常接触到的灯具一般都是只有两种状态，要么黑要么最亮，也即是说灯具的亮度是不可调的，而且一般都需要人工操作，那么有没有一种能够智能地根据实时的光照情况调节灯具亮度的系统，以达到智能化以及节能环保的功能呢？本文正是基于这样的思路设计了一种光探测器及亮度控制，实时地根据外部的亮度信号输出脉冲宽度调制（PWM）后的PWM信号去控制数码管和LED的亮度；文中给出了生成PWM及调制原理和方法，通过数码管和高亮度LED的实际验证，只要灯具可以接受PWM信号均可以控制其亮度，即使不能接受也可以将PWM信号转换成模拟信号进行控制。除些之外，文中对系统做出了扩展规划，可以根据实际要求将该系统设计成高精度的照度计。61光敏二极管的简介1.1光敏二极管简介光敏二极管也叫光电二极管。光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的，其管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。无光照时，有很小的饱和反向漏电流，即暗电流，此时光敏二极管截止。当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加，形成光电流，它随入射光强度的变化而变化。当光线照射PN结时，可以使PN结中产生电子一空穴对，使少数载流子的密度增加。这些载流子在反向电压下漂移，使反向电流增加。因此可以利用光照强弱来改变电路中的电流。常见的有2CU、2DU等系列。本系统采用的是2CU系列的光敏二极管。1.2光敏二极管与光敏电阻的比较1，与光敏电阻相比，光敏二极管具有更宽的光谱响应。2，光敏二极管是PN结的结构，由于结构上的不同，使得它具有更短的响应时间，通常情况下比光敏电阻快三个数量级。并且特殊处理过的光敏二极管，如PIN结光电二极管和雪崩式光电二极管，响应速度极短，已经广泛应用于光通信和光信号检测当中。3，当所加的电源电压大于9V后，光敏二极管伏安特性近似平行于X轴（X轴为电压），也即是说再增大电源电压它的光电流也不会再增加。而光敏电阻的伏安特性是光电流随着电源电压的增大而增大，而且也没有饱和的迹象。当供电出现波动后，输出电压也会出现相应的波动，所以光敏电阻的精度得不到保证。4，虽然光敏二极管有相比光敏电阻有许多优点，但是前者是基于PN结的结构，从而使得它的光电流受到温度的影响较大。1.3光敏二极管的驱动电路1.3.1晶体管连接方式图1-1是光敏二极管与晶体管组合应用电路的实例。图1-1(a)为典型的集电极输出电路形式，而图4-4(b)为典型的发射极输出电路形式。集电极输出电路适用于脉冲入射光电路，输出信号与输入信号的相位相反，输出信号一般较大。而发射极输出电路适用于模拟信号电路，电阻RB可以减小暗电流，输出7信号与输入信号的相位相同，这使得输出信号一般较小。图1-11.3.2运放连接方式图1-2是光敏二极管VD与运放A组合应用实例．团4-5(a)为无偏置方式，图4-5(b)为反向偏置方式。图1-2无偏置电路可以用于测量宽范围的入射光，例如照度计等，但响应特性比不上反向偏置的电路，可用反馈电阻Rf调整输出电压，反向偏置电路的响应速度快．输出信号与输入信号同相位。81.3.3直接连接方式图1-3是直接连接方式的实例。光敏二极管加反向偏置，响应速度可提高几倍以上。图1-3(a)是接有较大负载电阻的电路．图1-3(b)是接有较小负载电阻的电路。图1-3(a)所示电路的输出电压比图1-