传感器与测控电路课程设计---自动调光台灯控制电路设计

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1、传感器与测控电路课程设计传感器与测控电路课程设计设计课题：自动调光台灯控制电路设计指导老师：单位：湖南科技大学机电工程学院作者：班级：07级测控一班学号：0703030128设计时间：2010年6月12传感器与测控电路课程设计目录一、设计题目与要求……………………………………2二、基本原理简述………………………………………2三、设计总体方案拟定…………………………………8四、传感器的结构设计及计算…………………………8五、测控电路设计与计算………………………………9六、精度误差分析……………………………………11七、抗干扰措施………………………………………11八、参考文献…………………

2、………………………12九、附录………………………………………………1312传感器与测控电路课程设计一、设计题目与要求设计课题：用光敏电阻制作一个自动调光台灯。使台灯的亮度根据周围环境照度自动调节，当周围环境照度较弱，亮度增大，反之则较小。基本要求：1、工作在常温、常压、静态、环境良好；2、精度：0.1%FS；3、分辨率：按参考文献上常用传感器类比；4、测量范围：按参考文献上常用传感器类比；5、传感器及其辅助结构设计（传感器结构简图1张）；6、电路设计（控制流程图1张；硬件电路及分析，系统电路图1张）。二、基本原理简述1、光传感器检测光的传感器称为光传感器，通常是指将光信号转换为电信号的

3、一种传感器。用光电传感器进行非电量的测量时，只需将非电量信号转化成为光信号即可。由于光传感器都具有结构简单、非接触性、可靠性高、反应快等优点，在军用及民用中极为广泛，因此，其种类繁多，常用的光传感器包括：光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、红外线传感器、光电耦合器件、电荷耦合器件、颜色传感器、光纤传感器、紫外线和放射线传感器等多种。图1光电式传感器的组成光传感器的物理基础是光电效应。光电效应通常分为内光电效应、外光电效应和光生伏特效应。光敏电阻主要是根据敏感材料CdS、CdSe的内光电效应（光电导效应：高电阻率半导体受光照吸收光子能量后，产生电阻率降低而易于导电的现象）制成的。是一种物质

4、半导体充电器件，它具有灵敏度高、光谱响应范围宽、体积小、重量轻、机械强度高，耐冲击、耐振动、抗过载能力强和寿命长等特点。内光电效应的物理过程是：光照射到半导体材料上，材料中处于价带的电子吸收光子能量，越过禁带跃入导带，从而形成自由电子，与此同时价带也会相应地形成自由空穴，即激发出电子—空穴对，从而使导电性能增强，光线越强，阻值越低。如图2所示，为了使电子能从键合状态过渡到自由状态，即实现能级的跃迁，入射光的能量必须大于光电材料的禁带宽度Eg，亦即入射光的频率应高于由Eg决定的红限频率。12传感器与测控电路课程设计式中，h为普朗克常数,、分别为入射光的频率和波长。图2半导体能带图及内光电

5、效应图3光敏电阻工作原理图图4光敏电阻结构图光敏电阻的基本特性包括伏安特性、光照特性、光电灵敏度、光谱特性、频率特性和温度特性等。(1)伏安特性：一定光照下，加在光敏电阻两端的电压和光电流之间的关系曲线。12传感器与测控电路课程设计光照特性：在一定外加电压下，光敏电阻的光电流I与光通量之间的关系特性曲线。图5光敏电阻的伏安特性图6光敏电阻的光照特性(2)光电灵敏度：单位光通量入射时能输出的光电流的大小，即。光照不同，灵敏度也发生变化。光照增大，灵敏度下降。最大灵敏度是在光敏电阻上加以最大电压时，光电流Im与光通量之比值。相对灵敏度是指在单位外加电压下，入射单位光通量时对应的光电流输出，

6、即K=r/V=I/(V)(3)光谱特性:光敏电阻对于不同波长的光，其灵敏度不同。图7光敏电阻的光谱特性(4)频率特性：光敏电阻具有延时特性，当光敏电阻受到脉冲光照射时，光电流要经过一段时间才能达到稳定值，而在停止光照后，光电流也不会马上为零。不同材料的延时特性不同，它们的频率特性也不同。图1.8为相对灵敏度与光强变化频率之间的关系曲线。12传感器与测控电路课程设计图8光敏电阻的频率特性(5)光谱温度特性：随着温度变化，光敏电阻的暗电阻和亮电阻都会发生变化，光敏电阻受温度影响大，光谱特性也受到影响。2、滤波和信号转换电路测量系统从传感器拾取的信号中，往往包含噪声和许多与被测量无关的信号，

7、并且原始的测量信号经传输、放大、变换、运算及各种其他处理过程，也会混入各种不同形式的噪声，从而影响测量精度。滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处理系统，当信号与噪声分布在同频带中时，可以从频率域实现信号分离。在实际测量系统中，噪声与信号的频带往往有一定的重叠，如果重叠不很严重，仍可利用滤波器有效地抑制噪声功率，提高测量精度。图90~10mA/0~5V转换电路3、脉宽调制（PWM）控制电路原理简述脉宽调制控制电路的基本构成和工作原理等叙述如下。