1、課程設(shè)計(jì) 傳感器與檢測(cè)技術(shù) 課程設(shè)計(jì)報(bào)告班 級(jí)： 電信12-2 姓 名： 黃麗巖 學(xué) 號(hào)： 1206110206 指導(dǎo)老師： 盧永 成 績(jī)： 電子與信息工程學(xué)院信息與通信工程系 路燈(ldng)控制器的設(shè)計(jì)(shj)摘要(zhiyo) 隨著(su zhe)城市的發(fā)展，作為城市公共設(shè)施的城市路燈照明系統(tǒng)對(duì)人民生活(shnghu)和交通安全起著重要作用。城市路燈控制系統(tǒng)已在我國得到廣泛應(yīng)用，因此，節(jié)能已經(jīng)成為生產(chǎn)應(yīng)用中不可忽視的一方面，路燈控制器主要用于安裝在公共場(chǎng)所或道路兩旁，這些路燈通常希望隨日照光亮度的變化而自動(dòng)開啟和關(guān)斷，既滿足行人的需要，更重要的是它能節(jié)電。本文確定設(shè)計(jì)方案，并對(duì)所用傳感

2、器進(jìn)行選型，同時(shí)加以電路的設(shè)計(jì)與分析，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。關(guān)鍵詞 光敏元件 光照變化 控制1課程設(shè)計(jì)主要任務(wù)(1)通過解決一個(gè)實(shí)際問題，鞏固和加深對(duì)常用傳感器的結(jié)構(gòu)、原理、特性的認(rèn)識(shí)和基本知識(shí)的理解，提高綜合運(yùn)用課程所學(xué)知識(shí)的能力。(2)培養(yǎng)根據(jù)課題需要選學(xué)參考書籍，查閱手冊(cè)、圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力。通過獨(dú)立思考，深入鉆研有關(guān)問題，學(xué)會(huì)自己分析解決問題的方法。(3)通過實(shí)際電路方案的分析比較，設(shè)計(jì)計(jì)算，元件選擇，初步了解簡(jiǎn)單傳感器電路的分析方法和工程設(shè)計(jì)方法。(4)了解與課題有關(guān)的電子線路以及元器件工程規(guī)范，能按課程設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求編寫設(shè)計(jì)說明書，能正確反映設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)成果，能正確繪制電路圖等。2課

3、程設(shè)計(jì)基本要求 （1）天黑時(shí)燈亮，利用光敏二極管的阻值變化，控制可控硅的導(dǎo)通。 （2）天亮?xí)r，利用光敏二極管的阻值變小，控制可控硅的斷路(dun l)，使燈熄滅。 （3）或用繼電器控制(kngzh)燈的開、關(guān)。3課程(kchng)設(shè)計(jì)方案下面分別對(duì)路燈控制器的原理，路燈控制器中用到的主要元件以及在電路中作用的進(jìn)行分析。3.1 路燈控制器的硬件設(shè)計(jì)原理此路燈控制器設(shè)計(jì)主要由光控電路，整流電路，開關(guān)電路，照明電路和電源電路組成。 圖3-1 系統(tǒng)框圖 圖3-2 路燈控制器設(shè)計(jì)(shj)電路220V市電經(jīng)電容C3降壓，D1-D4組成的橋式整流電路后，R7限流，在CW2兩端形成一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓，一路經(jīng)

4、R8點(diǎn)亮發(fā)光管LED1，作為電源指示，另一路作為系統(tǒng)的工作電源。接通電源后，如果是白天，光線較強(qiáng)，光敏電阻(un mn din z)R2兩端的電壓很小，CW1截止，流入VT2基極的電流很小，VT1截止，VT3也截止，繼電器不工作。當(dāng)光線變暗時(shí)，R2兩端的電壓不斷上升，當(dāng)這個(gè)電壓高于CW1的擊穿電壓時(shí)，VT2導(dǎo)通，相繼VT1和VT3也導(dǎo)通，繼電器得電吸合，其觸點(diǎn)控制路燈點(diǎn)亮。當(dāng)光線再次變亮?xí)r，CW1截止，相應(yīng)導(dǎo)致VT1、VT2、VT3截止，繼電器斷開。 在這里繼電器是一個(gè)主要的元件，繼電器是一種當(dāng)輸入量（電、磁、聲、光、熱）達(dá)到一定值時(shí)，輸出量將發(fā)生跳躍式變化的自動(dòng)控制器件(qjin)。繼電器的

5、輸入信號(hào)x從零連續(xù)增加達(dá)到銜鐵開始吸合時(shí)的動(dòng)作值xx,繼電器的輸出信號(hào)立刻從y=0跳躍到y(tǒng)=ym,即常開觸點(diǎn)從斷到通。一旦觸點(diǎn)閉合，輸入量x繼續(xù)增大，輸出信號(hào)y將不再起變化。當(dāng)輸入量x從某一大于xx值下降xf,繼電器開始釋放，常開觸點(diǎn)斷開。我們把繼電器的這種特性叫做繼電特性，也叫繼電器的輸入輸出特性。釋放值xf與動(dòng)作值xx的比值叫做反饋系數(shù)，即 kf= xf /xx 觸點(diǎn)上輸出的控制功率Pc與線圈吸收的最小功率P0之比叫做繼電器的控制系數(shù)，即Kc=Pc/P0。圖3-3 繼電器的輸入輸出特性(txng)3.2元器件簡(jiǎn)介(jin ji)： 標(biāo)志(biozh) 元件名稱 R1、R8、R3、R5、R4

6、、R6、 R7 電阻 R2 光敏電阻 C1 C2 電解電容 C3 電容 C4 瓷片電容 D1-D5 二極管 CW1 CW2 穩(wěn)壓二極管 LED1 LED2 發(fā)光二極管 VT1、VT2、VT3 三極管 K1 繼電器 3.3 電路(dinl)的分析利用光照強(qiáng)度為傳感器，目前最為常用且性價(jià)比較高的就是光敏電阻，利用其光線較強(qiáng)時(shí)，電阻值較低，而光線較暗時(shí)則電阻較大的特點(diǎn)，利用電橋，可將光線信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再通過電壓比較器等方式，可以有效地完成控制需要。這類設(shè)計(jì)中，只要能將光線信號(hào)取出，整個(gè)設(shè)計(jì)也便完成了大半，至于控制部分的設(shè)計(jì)，可采用繼電器輸出(shch)，這樣就算驅(qū)動(dòng)較大的路燈負(fù)載，只需再加接觸器

7、便可完成。在本系統(tǒng)(xtng)的設(shè)計(jì)中，還存在很多缺點(diǎn)。一是由于光敏電阻的電阻值變化是連續(xù)的，因此在靠近臨界點(diǎn)時(shí)，容易造成不穩(wěn)定，這也是設(shè)計(jì)中遇到的問題。在設(shè)計(jì)中若能用運(yùn)放電路來完成處理，則可將運(yùn)放接成電壓比較器的方式，這樣可以完成較為精確的起控；若采用分立元件來處理，可以采用穩(wěn)壓管來穩(wěn)定工作點(diǎn)，只有當(dāng)分壓大于穩(wěn)壓管的擊穿電壓時(shí)，電路才能起控。二是為實(shí)際生活考慮，應(yīng)該加上聲控電路，可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)白天光線較暗和晚上遇到聲響時(shí)，路燈自動(dòng)點(diǎn)亮，從而實(shí)現(xiàn)人來燈亮，人走燈滅，既方便又實(shí)用。不僅節(jié)約了電能，而且能延長(zhǎng)燈泡使用壽命。可廣泛應(yīng)用于樓梯，走廊，衛(wèi)生間及生活小區(qū)等公共場(chǎng)所的照明控制。4 主要器件的選

8、擇4.1 半導(dǎo)體二極管幾乎在所有的電子電路中，都要用到半導(dǎo)體二極管，它在許多的電路中起著重要的作用，它是誕生最早的半導(dǎo)體器件之一，其應(yīng)用也非常廣泛。二極管種類有很多，作用也很多，主要作用包括整流，限幅，箝位，隔離。我們?cè)O(shè)計(jì)所用的二極管組就是其中的整流二極管。二極管按照所用的半導(dǎo)體材料，可分為鍺二極管（Ge管）和硅二極管（Si管）。根據(jù)其不同用途，可分為檢波二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管等。按照管芯結(jié)構(gòu)，又可分為點(diǎn)接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管。在設(shè)計(jì)中，我用的是1N4002整流二極管。1N4002是一種整流二極管，它是利用二極管單向?qū)щ娦?，可以把方向交替變化的交流電變換

9、成單一方向的脈動(dòng)直流電。4.2 發(fā)光(f un)二極管發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱LED，是一種將電能轉(zhuǎn)換(zhunhun)為光能的特殊二極管，是用半導(dǎo)體材料制作的正向偏置的PN結(jié)二極管。發(fā)光二極管工作于正向偏置狀態(tài)，正向電流通過發(fā)光二級(jí)管，它會(huì)發(fā)出光來，光的顏色視發(fā)光管的材料而定，用紅色，黃色，綠色等等顏色。正向工作電壓一般不超過2v，正向電流為10mA左右，其發(fā)光機(jī)理是當(dāng)在PN結(jié)兩端注入正向電流時(shí)，注入的非平衡載流子（電子空穴對(duì)）在擴(kuò)散過程中復(fù)合發(fā)光，這種發(fā)射過程主要對(duì)應(yīng)光的自發(fā)發(fā)射過程。按光輸出的位置不同，發(fā)光二極管可分為面發(fā)射型和邊發(fā)射型。我們最常用的LED是 InGaAsP/InP雙異質(zhì)結(jié)邊發(fā)光二

10、極管。發(fā)光二極管的發(fā)光原理同樣可以用PN結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)來解釋。制作半導(dǎo)體發(fā)光二極管的材料是重?fù)诫s的，熱平衡狀態(tài)下的N區(qū)有很多遷移率很高的電子，P區(qū)有較多的遷移率較低的空穴。由于PN結(jié)阻擋層的限制，在常態(tài)下，二者不能發(fā)生自然復(fù)合。而當(dāng)給PN結(jié)加以正向電壓時(shí)，溝區(qū)導(dǎo)帶中的電子則可逃過PN結(jié)的勢(shì)壘進(jìn)入到P區(qū)一側(cè)。于是在PN結(jié)附近稍偏于P區(qū)一邊的地方，處于高能態(tài)的電子與空穴相遇時(shí)，便產(chǎn)生發(fā)光復(fù)合。這種發(fā)光復(fù)合所發(fā)出的光屬于自發(fā)輻射，輻射光的波長(zhǎng)決定于材料的禁帶寬度(kund)Eg。發(fā)光二極管具有可靠性較高，室溫下連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)、光功率電流線性度好等顯著優(yōu)點(diǎn)，而且由于此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得比較成熟，所以其價(jià)格

11、非常便宜。因此在一些簡(jiǎn)易的光纖傳感器的設(shè)計(jì)中，如果LED能夠勝任，選用它作為光源即可大大降低整個(gè)傳感器的成本。然而LED的發(fā)光機(jī)理決定了它存在著很多的不足，如輸出功率小、發(fā)射角大、譜線寬、響應(yīng)速度低等。因此，在一些需要功率高、調(diào)制速率快、單色性好的光源的傳感器設(shè)計(jì)中，就不得不以提高成本為代價(jià)，選用其它更高性能的光源。4.3 光敏電阻(un mn din z)由光敏電阻(un mn din z)的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻如圖所示。為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。構(gòu)成光敏電阻的材料有金屬的硫化物、硒化物、碲化物等半導(dǎo)體

12、。 半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。當(dāng)光敏電阻受到光照時(shí)，價(jià)帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導(dǎo)帶，成為自由電子，同時(shí)(tngsh)產(chǎn)生空穴，電子空穴對(duì)的出現(xiàn)使電阻率變小。光照愈強(qiáng)，光生電子空穴對(duì)就越多，阻值就愈低。當(dāng)光敏電阻兩端加上電壓后，流過光敏電阻的電流隨光照增大而增大。入射光消失，電子-空穴對(duì)逐漸復(fù)合，電阻也逐漸恢復(fù)原值，電流也逐漸減小。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當(dāng)受到光照時(shí)，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價(jià)帶中的電子吸收一個(gè)光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價(jià)帶中產(chǎn)生一個(gè)帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子空穴對(duì)增加了半導(dǎo)體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小

13、，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強(qiáng)，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)將逐漸復(fù)合，光敏電阻的阻值也就逐漸恢復(fù)原值。根據(jù)(gnj)光敏電阻的光譜特性，可分為三種光敏電阻器：紫外光敏電阻(un mn din z)器：對(duì)紫外線較靈敏，包括硫化鎘、硒化鎘光敏電阻器等，用于探測(cè)紫外線。紅外光敏電阻器：主要有硫化鉛、碲化鉛、砷化鉛。銻化銦等光敏電阻器，廣泛用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、天文探測(cè)、非接觸測(cè)量、人體病變探測(cè)、紅外光譜，紅外通信等國防(gufng)、科學(xué)研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。可見光光敏電阻器：包括硒、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、砷化鎵、硅、鍺、硫化鋅光敏電阻器等。主要用于各種光電控制系統(tǒng)，如光電自動(dòng)

14、開關(guān)門戶，航標(biāo)燈、路燈和其他照明系統(tǒng)的自動(dòng)亮滅，自動(dòng)給水和自動(dòng)停水裝置，機(jī)械上的自動(dòng)保護(hù)裝置和“位置檢測(cè)器”，極薄零件的厚度檢測(cè)器，照相機(jī)自動(dòng)曝光裝置，光電計(jì)數(shù)器，煙霧報(bào)警器，光電跟蹤系統(tǒng)等方面。 5課程設(shè)計(jì)體會(huì)學(xué)期剛剛結(jié)束就進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，時(shí)間確實(shí)很緊。因?yàn)橹挥幸恢艿臅r(shí)間，所以最初對(duì)是否能按時(shí)完成課程設(shè)計(jì)內(nèi)容感到很擔(dān)心。題目選定后我開始查閱資料，我在圖書管借閱了一些書籍又在網(wǎng)上查閱相關(guān)資料，把資料進(jìn)行再整合，在此期間，經(jīng)常會(huì)遇到這樣那樣的情況，有的概念不理解，有的元器件畫不好，越是著急越是做不好，因此耗費(fèi)在這上面的時(shí)間用去很多。這次課程設(shè)計(jì)真的多虧了同學(xué)們的幫助很多我不太理解的概念和理論都是老

15、師和同學(xué)們的幫忙。通過這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我的動(dòng)手、思考和解決問題的能力。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，我通過這個(gè)方案包括設(shè)計(jì)了一套電路原理和電路優(yōu)缺點(diǎn)的分析，器件的選擇。由于倉促的做這次設(shè)計(jì)，同時(shí)還有對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對(duì)于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識(shí)。平時(shí)看課本時(shí)，有時(shí)問題老是弄不懂，做完課程設(shè)計(jì)，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，二極管的性能等等，平時(shí)看課本，這次看了，下次就忘了，通過動(dòng)手實(shí)踐讓我們對(duì)各個(gè)元件映象深刻

16、。認(rèn)識(shí)來源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的動(dòng)力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。所以這次課程設(shè)計(jì)對(duì)我的作用是非常大的。經(jīng)過一個(gè)星期的實(shí)習(xí)，過程曲折可謂一語難盡。在此期間我們也失落過，也曾一度熱情高漲。課程設(shè)計(jì)是培訓(xùn)學(xué)生運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)的理論知識(shí)和專業(yè)知識(shí)來分析解決實(shí)際問題的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，是對(duì)三年所學(xué)知識(shí)的復(fù)習(xí)和鞏固。同樣，也促使了同學(xué)們的相互探討，相互學(xué)習(xí)。因此，我們必須認(rèn)真、謹(jǐn)慎、踏實(shí)、一步一步的完成設(shè)計(jì)。如果時(shí)間可以重來，我可能會(huì)認(rèn)真的去學(xué)習(xí)和研究，也可能會(huì)自己獨(dú)立的完成一個(gè)項(xiàng)目，我相信無論是誰看到自己做出的成果時(shí)心里一定會(huì)很興奮。我自知這次設(shè)計(jì)有很多不足，做的比較辛苦效果卻不是很好，很多東西平時(shí)學(xué)的也不夠透徹，我覺得做這次課程設(shè)計(jì)每時(shí)每刻都在鍛煉著我們，我希望我們每個(gè)人能夠從中受益良多。最后，再一次感謝所有電信學(xué)院老師的付出，謝謝你們！參考文獻(xiàn)1傅鳳林主編： 模擬(mn)電子技術(shù)基礎(chǔ) 天津，天津科技出版社，1993 2劉光鈷，鐃妮妮主編： 模擬(mn)電路基礎(chǔ) 四川，電子科技出版社，1999 3唐介主