1、合肥通用職業技術學院畢業論文畢業論文題目：光電開光的設計學生姓名：學號：專業班級：應用電子技術802班分院（系）：電子與計算機工程系指導老師：2011.1目錄引言3摘要31.設計的任務與要求.31.1.設計的任務.31.2.設計的要求.32.光電開關方案的選擇與認證.32.1.單元電路的具體設計.32.1.1.光電開關組成以及原理.43.主要硬件工作原理及選用.43.1.光敏電阻.43.2.放大器件選用.53.3.繼電器選用.63.4.二極管以及三極管選用.74.注意事項.85.儀器的組裝與測試.85.1.組裝.85.2.特別注意.85.3.調試過程.86.系統方案總結與體會.87.系統所需元

2、件列表.98.參考文獻.10引言傳感器是一種能感受或響應規定的被測量物理量，并按一定規律轉換成可用信號輸出的器件或裝置，它可將輸入變量轉換成可供檢測的電信號，并將各種參量送入計算機系統，進行智能監測、控制，是測量系統中的一種前置部件。傳感探測技術通過聲、光、電、熱等物理量的變化,實現對物體的探測、識別、跟蹤和定位.它是一門涉及傳感技術、信號處理技術、電路與系統、多種學科的綜合性技術.傳感探測系統通常由各種傳感器、高速實時信號處理器、數據通信電路、模式識別和管理軟件等組成.隨著現代進展,傳感探測系統呈現出新的面貌,具體體現在傳感探測系統體積急劇縮小、功耗大大降低,并向著微型化、智能化、多功能和網

3、絡化方向發展，所以光電開關一種電量傳感器，它把發射端和接收端之間光的強弱變化轉化為電流的變化，即進行電信號光信號電信號的轉換，以此來達到探測的目的。由于光電開關輸出回路和輸入回路是電隔離的(即電緣絕)，所以它可以在許多場合得到應用。摘要為了培養運用基本知識進行簡單的電路設計的能力，扎實基礎，我們再做了一次模電課程設計之后，又進行了初次的傳感器課程設計。這次設計的是光電開關電路。設計的這個裝置，一般都應用到電流大、高電壓電路中，因為如果人去接近高電壓大電流的電路時，往往會出事故，而這款電路就克服了這個缺點，遠地點的自動控制電路，此電路圖非常簡單，能廣泛應用到各個使用電路中，具有一定的實用性。設計

4、設個電路的時候，我根據從穩定性、可靠性、實用性、經濟型選擇電子線路和電子器件，找到合適的功能電路。此次采用了lm358放大器和光敏電阻和其他一些元件焊接了這個光電開關的電路，從而實現了上述的遠程自動控制電路的通與斷的要求。關鍵詞： 光電 開關1.設計的任務與要求1.1設計的任務此次的任務是利用所學過的傳感器知識做一款有關光電知識的簡易光電傳感器。1.2設計的要求制作一個能測量光線強弱的光電裝置，并能輸出控制信號來控制一路信號的通與斷。2.光電開關方案的選擇與認證2.1 單元電路的具體設計所謂的光電開關，就是通過把光強度的變化轉換成電信號的變化來實現控制的它是利用被檢測物體對紅外光束（區分點）的

5、遮光或反射，由同步回路選通而檢測物體的有無，其物體不限于金屬，對所有能反射光線的物體均可檢測。根據設計的要求和任務，我設計了如下的電路圖，此電路圖由三大部分組成，分為：電橋電路、放大電路、控制電路。下圖為設計的圖1總電路圖 圖1 （總電路圖）2.1.1 光電開關組成及其原理其圖所示為光暗控制繼電器電路，由r1光敏電阻 ，其靈敏度是相當高的，r2滑動變阻器 r3 r4構成了電橋，分壓電路，在黑暗的條件下或者光線暗至一定程度時，當調節好滑動變阻器的時候，使lm358 輸出為0調零，用萬用表測量。lm358內部可以當做兩個放大器用，此時，我們就用一個即可，單電源雙電源都可，當照度較低時，vt1不導通

6、；當有一定照度的光照射時，光敏電阻阻值變小，vt1獲得足夠的基極電流而導通，產生較大的集電極電流，使繼電器吸合。該電路的光觸發電平電源電壓及環境光度的影響比較大。3.主要硬件原理及使用3.1.光敏電阻用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導體。通常采用涂敷、噴涂、燒結等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極，然后接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內，以免受潮影響其靈敏度。光敏電阻的原理結構如圖所示。在黑暗環境里，它的電阻值很高，當受到光照時，只要光子能量大于半導體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導帶，并在價帶中產生一個帶正電荷的空穴

7、，這種由光照產生的電子空穴對增加了半導體材料中載流子的數目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發產生的電子空穴對將逐漸復合，光敏電阻的阻值也就逐漸恢復原值。在光敏電阻兩端的金屬電極之間加上電壓，其中便有電流通過，受到適當波長的光線照射時，電流就會隨光強的增加而變大，從而實現光電轉換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也可以加交流電壓。 光敏電阻其圖2如下： 圖2（光敏電阻）其主要參數為：（1）光電流、亮電阻。光敏電阻器在一定的外加電壓下，當有光照射時，流過的電流稱為光電流，外加電壓與光電流之比稱為亮電阻，常用“100l

8、x”表示。（2）暗電流、暗電阻。光敏電阻在一定的外加電壓下，當沒有光照射的時候，流過的電流稱為暗電流。外加電壓與暗電流之比稱為暗電阻，常用“0lx”表示。（3）靈敏度。靈敏度是指光敏電阻不受光照射時的電阻值（暗電阻）與受光照射時的電阻值（亮電阻）的相對變化值。（4）光譜響應。光譜響應又稱光譜靈敏度，是指光敏電阻在不同波長的單色光照射下的靈敏度。若將不同波長下的靈敏度畫成曲線，就可以得到光譜響應的曲線。（5）光照特性。光照特性指光敏電阻輸出的電信號隨光照度而變化的特性。從光敏電阻的光照特性曲線可以看出，隨著的光照強度的增加，光敏電阻的阻值開始迅速下降。若進一步增大光照強度，則電阻值變化減小，然后

9、逐漸趨向平緩。在大多數情況下，該特性為非線性。（6）伏安特性曲線。伏安特性曲線用來描述光敏電阻的外加電壓與光電流的關系，對于光敏器件來說，其光電流隨外加電壓的增大而增大。（7）溫度系數。光敏電阻的光電效應受溫度影響較大，部分光敏電阻在低溫下的光電靈敏較高，而在高溫下的靈敏度則較低。（8）額定功率。額定功率是指光敏電阻用于某種線路中所允許消耗的功率，當溫度升高時，其消耗的功率就降低。3.2 放大器件的選用此次課設我所用的放大器為lm358雙運放大器，我也考慮到用741放大器，但是只能用雙電源，為了不麻煩，就考慮了lm系列，開始的時候考慮到用lm324，放大倍數是沒有問題，但是電源電壓要求比較高，

10、并且過高電壓就不保證線性，最后選用了lm358，其失調電壓會小一些，其原理圖3如下：圖3（lm358放大器）lm358內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的雙運算放大器。適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。特性：內部頻率補償.直流電壓增益高（約100db）.單位增益頻帶寬（約1mhz）電源電壓范圍寬：單電源（3-30v）； 雙電源（1.5v15v）低功耗電流，適合于電池供電地輸入偏流地輸入失調電壓和失調電流共模輸入電壓范圍寬，包括接地

11、差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍輸出電壓擺幅大（0vcc-1.5v）3.3.繼電器選用本實驗最后驅動控制模塊是繼電器。繼電器是一種電子控制期間，它具有控制系統（又稱輸入回路）和被控制系統（又稱輸出回路），用場應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關”。故在電路中也有起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。該實驗設計采用的是電磁繼電器。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸電簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點吸合。當線圈斷

12、電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點吸合。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。由于實驗室內部的器件有限，老師把唯一上課用的輔助教材，其可以供12v的繼電器給了我，它就是電磁式繼電器。3.4.二極管以及三極管選用選用在選取二極管的時候，有考慮到用1n4001，但通過查詢資料發現1n4007的效果比1n4001的效果好，最后選取了1n4007,1n4007是1n代表一個pn結，4007是零件序號。以下是我在網絡上搜到的1n4007的圖4；圖4（1n4007）三極管選用的時候9013是npn低頻放大，耐壓40v50v， 0.5a

13、， 0.625w ，150mhz hfe（），1001000 (放大倍數分段可選)其圖5為9013示意圖：圖5（9013）4.注意事項本實驗應該注意的事項有以下兩點：1，在連接電路的過程當中，應該放下心來認認真真的焊電路板，如果不耐心很可能會把珍貴的器件焊壞，比如放大器的管腳焊壞，三極管的ebc 極要搞清楚，不能隨便亂焊，此電路中應用的是npn型的9013三極管，下面控制著繼電器；2，在連接繼電器的過程中，一定不能接反，否則繼電器通電之后就會廢掉。5.儀器的組裝與測試5.1.組裝在安裝的過程中，只要耐下心來，把握好手法，依照“穩準狠”的原則，先裝矮后裝高、先裝小后裝大、先裝耐焊等等。5.2特別

14、注意布線盡量使電源線和地線靠近實驗電路板的周邊，以起一定的屏蔽作用；最好分模塊安裝。此外焊接時不能出現虛焊、漏焊，更不能出現過焊，因為有些器件，不能耐高溫，比如焊接三極管時，電烙鐵絕對不能停留太久。5.3調試過程本實驗將電路連接好后，附上電源，若有信號進來，但繼電器不吸合，則可能是信號太小沒有達到繼電器閉合的電流限度。應該調整光敏電阻的光度?？磳嶒炇欠襁_到預定效果。若沒有，則用示波器逐個檢測信號，再檢查是否存在虛焊的問題。直到達到實驗效果。調試過程中如果發現電路不是怎么靈敏，可以調節放大器，增加其靈敏度。 此外，還需要多次上電調試，觀察是否有其他狀況，是否有不穩定的情況發生。6.方案總結與體會

15、方案總結：此次的課程設計讓我們對傳感器這個詞有了深刻的體會，不僅學到了一些生活上的小竅門，而且還學到了書本上沒有的東西。并且老師詳細的給我們講解每個器件的應用，應該注意哪些問題，例如繼電器不能接反，否則器件損壞，二極管在此圖中是保護繼電器防止繼電器損壞，lm358的管腳和一些它的資料，此圖中最重要的器件就是光敏二極管，在高溫，多濕的惡劣環境下，還能保持高度的穩定性和可靠性，可廣泛應用于照相機、太陽能庭院燈、草坪燈、驗鈔機、石英鐘、音樂杯、禮品盒、迷你小夜燈、光聲控開關、路燈自動開關以及各種光控玩具、光控燈飾、燈具等光自動開關控制領域。光電開關應用的環境是影響其長期工作可靠性的重要條件。當光電開

16、關工作于最大檢測距離狀態時，由于光學透鏡會被環境中的污物粘住，甚至會被一些強酸性物質腐蝕，以至降低使用參數特性。電路圖的結合能夠使繼電器順利的工作。心得體會：通過這次傳感器的課程設計實驗，讓我學到了很多知識，尤其軟件的應用，例如visio畫圖軟件，multisim仿真軟件，protel畫圖軟件等等，尤其是幾位學長為了我詳細的指導如何應用multisim仿真軟件，讓我感受到了這個軟件的神奇之處。此次的課設課題的選擇、方案的設計和修改、電路的仿真再到實物的制作，都是自己親手做的，尤其是實物的制作極大的提高了我的動手能力在焊接過程中稍不小心就可能焊錯一個引腳、一根導線都會導致整個電路無法正常工作，而

17、且還有被燙傷的經歷。在調試的過程中，是最痛苦的事情，當發現電路不能正常運行，又不知道錯在哪里的時候，就非常的迷茫，試了很多次，試到沒耐心，瀕臨崩潰邊緣，浪費了很多的時間，最后還是要靠老師來解決，用萬用表來測量哪里沒有接上，結果是漏焊的原因。在仿真的過程中，老師教導可以把繼電器用做可控硅來代替，這樣同樣會表現出現象，而且簡單，也可用發光二極管來代替， 省時省力，因此，此次課設對我未來的畢業論文打下了堅實的基礎。7. 電器元件明細表序號名稱型號規格位號數量1iclm35812光敏電阻gl7516rl13電阻10kr1 r3 r4 r644電阻15kr515滑動變阻器100kr216三極管9013vt117二極