光電開關(guān)課程

師范學(xué)院自動(dòng)檢測課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)課題：光電開關(guān)的設(shè)計(jì)及制作姓名：學(xué) 院：物電學(xué)院專 業(yè)：電子信息工程班 級(jí)：級(jí) 班學(xué)號(hào)：日期2010年11月20日一2010年12月4日指導(dǎo)教師：TOC\o"1-5"\h\z引言 3摘要 31?設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求 3\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)的任務(wù) 3\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)的要求 32?光電開關(guān)方案的選擇與認(rèn)證 3\o"CurrentDocument"單元電路的具體設(shè)計(jì) 3\o"CurrentDocument"光電開關(guān)組成以及原理 4主要硬件工作原理及選用 4光敏電阻 4\o"CurrentDocument"3.2?放大器件選用 5\o"CurrentDocument"繼電器選用 6二極管以及三極管選用 7注意事項(xiàng) 85?儀器的組裝與測試 8組裝 8\o"CurrentDocument"特別注意 8\o"CurrentDocument"調(diào)試過程 8\o"CurrentDocument"6.系統(tǒng)方案總結(jié)與體會(huì) 87?系統(tǒng)所需元件列表 9\o"CurrentDocument"8.參考文獻(xiàn) 10光電開關(guān)的設(shè)計(jì)摘要：為了培養(yǎng)運(yùn)用基本知識(shí)進(jìn)行簡單的電路設(shè)計(jì)的能力，扎實(shí)基礎(chǔ)，我們?cè)僮隽艘淮文ｋ娬n程設(shè)計(jì)之后，又進(jìn)行了初次的傳感器課程設(shè)計(jì)。這次設(shè)計(jì)的是光電開關(guān)電路。設(shè)計(jì)的這個(gè)裝置，一般都應(yīng)用到電流大、高電壓電路中，因?yàn)槿绻巳ソ咏唠妷捍箅娏鞯碾娐窌r(shí)，往往會(huì)出事故，而這款電路就克服了這個(gè)缺點(diǎn)，遠(yuǎn)地點(diǎn)的自動(dòng)控制電路，此電路圖非常簡單，能廣泛應(yīng)用到各個(gè)使用電路中，具有一定的實(shí)用性。設(shè)計(jì)設(shè)個(gè)電路的時(shí)候，我根據(jù)從穩(wěn)定性、可靠性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)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(gè)光電開關(guān)的電路，從而實(shí)現(xiàn)了上述的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制電路的通與斷的要求。引言：傳感器是一種能感受或響應(yīng)規(guī)定的被測量物理量，并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)輸出的器件或裝置，它可將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供檢測的電信號(hào)，并將各種參量送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)行智能監(jiān)測、控制，是測量系統(tǒng)中的一種前置部件。專感探測技術(shù)通過聲、光、電、熱等物理量的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的探測、識(shí)別、跟蹤和定位?它是一門涉及傳感技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、電路與系統(tǒng)、多種學(xué)科的綜合性技術(shù)?傳感探測系統(tǒng)通常由各種傳感器、高速實(shí)時(shí)信號(hào)處理器、數(shù)據(jù)通信電路、模式識(shí)別和管理軟件等組成.隨著現(xiàn)代進(jìn)展,傳感探測系統(tǒng)呈現(xiàn)出新的面貌，具體體現(xiàn)在傳感探測系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，所以光電開關(guān)一種電量傳感器，它把發(fā)射端和接收端之間光的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化，即進(jìn)行電信號(hào)一光信號(hào)一電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，以此來達(dá)到探測的目的。由于光電開關(guān)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(yīng)用。關(guān)鍵詞： 光電開關(guān)1?設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求1.1.設(shè)計(jì)的任務(wù)此次的任務(wù)是利用所學(xué)過的傳感器知識(shí)做一款有關(guān)光電知識(shí)的簡易光電傳感器。1.2設(shè)計(jì)的要求制作一個(gè)能測量光線強(qiáng)弱的光電裝置，并能輸出控制信號(hào)來控制一路信號(hào)的通與斷。2?光電開關(guān)方案的選擇與認(rèn)證2.1單元電路的具體設(shè)計(jì)所謂的光電開關(guān)，就是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來實(shí)現(xiàn)控制的它是利用被檢測物體對(duì)紅外光束（區(qū)分點(diǎn)）的遮光或反射，由同步回路選通而檢測物體的有無，其物體不限于金屬，對(duì)所有能反射光線的物體均可檢測。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求和任務(wù)，我設(shè)計(jì)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。F圖為設(shè)計(jì)的圖1總電路圖

12VR1910KR3U10KR515K-VT1901312VR1910KR3U10KR515K-VT19013R61_LM\10KJ358”>R210KLR410K7\VD1總電路圖圖1（總電路圖）2?1?1光電開關(guān)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(dāng)高的，R2滑動(dòng)變阻器R3R4構(gòu)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(shí)，當(dāng)調(diào)節(jié)好滑動(dòng)變阻器的時(shí)候，使LM358輸出為0調(diào)零，用萬用表測量。LM358內(nèi)部可以當(dāng)做兩個(gè)放大器用，此時(shí)，我們就用一個(gè)即可，單電源雙電源都可，當(dāng)照度較低時(shí)，VT1不導(dǎo)通；當(dāng)有一定照度的光照射時(shí)，光敏電阻阻值變小，VT1獲得足夠的基極電流而導(dǎo)通，產(chǎn)生較大的集電極電流，使繼電器吸合。該電路的光觸發(fā)電平電源電壓及環(huán)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(dǎo)體。通常采用涂敷、噴涂、燒結(jié)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(nèi)，以免受潮影響其靈敏度。光敏電阻的原理結(jié)構(gòu)如圖所示。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)生的電子一空穴對(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，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。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(dāng)波長的光線照射時(shí)，電流就會(huì)隨光強(qiáng)的增加而變大，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個(gè)電阻器件，使用時(shí)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(shù)為：光電流、亮電阻。光敏電阻器在一定的外加電壓下，當(dāng)有光照射時(shí)，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“100LX”表示。暗電流、暗電阻。光敏電阻在一定的外加電壓下，當(dāng)沒有光照射的時(shí)候，流過的電流稱為暗電流。夕卜加電壓與暗電流之比稱為暗電阻，常用“OLX”表示。靈敏度。靈敏度是指光敏電阻不受光照射時(shí)的電阻值(暗電阻)與受光照射時(shí)的電阻值(亮電阻)的相對(duì)變化值。光譜響應(yīng)。光譜響應(yīng)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(yīng)的曲線。光照特性。光照特性指光敏電阻輸出的電信號(hào)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(qiáng)度的增加，光敏電阻的阻值開始迅速下降。若進(jìn)一步增大光照強(qiáng)度，則電阻值變化減小，然后逐漸趨向平緩。在大多數(shù)情況下，該特性為非線性。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(guān)系，對(duì)于光敏器件來說，其光電流隨外加電壓的增大而增大。溫度系數(shù)。光敏電阻的光電效應(yīng)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。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(dāng)溫度升高時(shí)，其消耗的功率就降低。3.2放大器件的選用此次課設(shè)我所用的放大器為LM358雙運(yùn)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(shí)候考慮到用LM324,放大倍數(shù)是沒有問題，但是電源電壓要求比較高，并且過高電壓就不保證線性，最后選用了LM358,其失調(diào)電壓會(huì)小一些，其原理圖3如下：LM358內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)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(guān)。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(yùn)算放大器的場合。特性：?內(nèi)部頻率補(bǔ)償??直流電壓增益高（約lOOdB）?.單位增益頻帶寬（約1MHz）?電源電壓范圍寬：單電源（3-30V）；雙電源（±1.5V—±15V）?低功耗電流，適合于電池供電?地輸入偏流?地輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流?共模輸入電壓范圍寬，包括接地?差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍?輸出電壓擺幅大（0—Vcc-1.5V）3.3?繼電器選用本實(shí)驗(yàn)最后驅(qū)動(dòng)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(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），用場應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)”故在電路中也有起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(huì)流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)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(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。由于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)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(shí)候，有考慮到用1N4001,但通過查詢資料發(fā)現(xiàn)1N4007的效果比1N4001的效果好，最后選取了1N4007,1N4007是1N代表一個(gè)PN結(jié)，4007是零件序號(hào)。以下是我在網(wǎng)絡(luò)上搜到的1N4007的圖4；圖4(1N4007)三極管選用的時(shí)候9013是NPN低頻放大，耐壓40V—50V,0.5A,0.625W,150MHZhFE(0),100?1000(放大倍數(shù)分段可選)其圖5為9013示意圖：圖5(9013)4?注意事項(xiàng)本實(shí)驗(yàn)應(yīng)該注意的事項(xiàng)有以下兩點(diǎn)：在連接電路的過程當(dāng)中，應(yīng)該放下心來認(rèn)認(rèn)真真的焊電路板，如果不耐心很可能會(huì)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(yīng)用的是NPN型的9013三極管，下面控制著繼電器；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(huì)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(wěn)準(zhǔn)狠”的原則，先裝矮后裝高、先裝小后裝大、先裝耐焊等等。5.2特別注意布線盡量使電源線和地線靠近實(shí)驗(yàn)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(shí)不能出現(xiàn)虛焊、漏焊，更不能出現(xiàn)過焊，因?yàn)橛行┢骷?，不能耐高溫，比如焊接三極管時(shí)，電烙鐵絕對(duì)不能停留太久。5.3調(diào)試過程本實(shí)驗(yàn)將電路連接好后，附上電源，若有信號(hào)進(jìn)來，但繼電器不吸合，則可能是信號(hào)太小沒有達(dá)到繼電器閉合的電流限度。應(yīng)該調(diào)整光敏電阻的光度?？磳?shí)驗(yàn)是否達(dá)到預(yù)定效果。若沒有，則用示波器逐個(gè)檢測信號(hào)，再檢查是否存在虛焊的問題。直到達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果。調(diào)試過程中如果發(fā)現(xiàn)電路不是怎么靈敏，可以調(diào)節(jié)放大器，增加其靈敏度。此外，還需要多次上電調(diào)試，觀察是否有其他狀況，是否有不穩(wěn)定的情況發(fā)生。6?方案總結(jié)與體會(huì)方案總結(jié)：此次的課程設(shè)計(jì)讓我們對(duì)傳感器這個(gè)詞有了深刻的體會(huì)，不僅學(xué)到了一些生活上的小竅門，而且還學(xué)到了書本上沒有的東西。并且老師詳細(xì)的給我們講解每個(gè)器件的應(yīng)用，應(yīng)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(hù)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(huán)境下，還能保持高度的穩(wěn)定性和可靠性，可廣泛應(yīng)用于照相機(jī)、太陽能庭院燈、草坪燈、驗(yàn)鈔機(jī)、石英鐘、音樂杯、禮品盒、迷你小夜燈、光聲控開關(guān)、路燈自動(dòng)開關(guān)以及各種光控玩具、光控?zé)麸棥艟叩裙庾詣?dòng)開關(guān)控制領(lǐng)域。光電開關(guān)應(yīng)用的環(huán)境是影響其長期工作可靠性的重要條件。當(dāng)光電開關(guān)工作于最大檢測距離狀態(tài)時(shí)，由于光學(xué)透鏡會(huì)被環(huán)境中的污物粘住，甚至?xí)灰恍?qiáng)酸性物質(zhì)腐蝕，以至降低使用參數(shù)特性。電路圖的結(jié)合能夠使繼電器順利的工作。心得體會(huì)：通過這次傳感器的課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，讓我學(xué)到了很多知識(shí)，尤其軟件的應(yīng)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(xué)長為了我詳細(xì)的指導(dǎo)如何應(yīng)用multisim仿真軟件，讓我感受到了這個(gè)軟件的神奇之處。此次的課設(shè)課題的選擇、方案的設(shè)計(jì)和修改、電路的仿真再到實(shí)物的制作，都是自己親手做的，尤其是實(shí)物的制作極大的提高了我的動(dòng)手能力在焊接