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傳感器與檢測技術課程論文 數(shù)學與統(tǒng)計學院 學號：xxxxxx 姓名：李曉香 指導老師：劉芳梅 淺析光敏傳感器在日常生活中的應用 以聲光控開關電路為例李曉香（咸寧學院數(shù)學與統(tǒng)計學院，09數(shù)學與應用數(shù)學電氣及其自動化，湖北xx，43xxxx）摘要：本篇論文是介紹以聲光控為題材，從而進行有關傳感器電路的小制作，同時就其聲光控開關的設計、制作及應用進行了簡單地相關介紹，最后就根據(jù)自己在本次實驗中的心得體會，對其發(fā)展前景進行了簡單地展望，并對未來傳感器的發(fā)展充滿了信心。 關鍵詞： 傳感器 聲光控技術 前景展望 一 、聲光控制原理簡介聲光控制指通過利用聲音以及光線的變化來控制電路實現(xiàn)特定功能的一種電子學控制方法。它是一種內(nèi)無接觸點，在特定環(huán)境光線下采用聲響效果激發(fā)拾音器進行聲電轉(zhuǎn)換來控制用電器的開啟，并經(jīng)過延時后能自動斷開電源的節(jié)能電子開關。廣泛用于樓道、建筑走廊、洗漱室、廁所、廠房、庭院等場所，是現(xiàn)代極理想的新穎綠色照明開關，并延長燈泡使用壽命。 主要采用光敏電阻對白天黑夜的監(jiān)控，駐極體話筒對聲音的監(jiān)控，信號經(jīng)過放大電路進入集成電路將兩個信號比較，輸出信號控制晶閘管進而控制燈的亮滅，RC組合延時電路，可以實現(xiàn)上述功能。二、實驗目的及意義用聲光控延時開關代替住宅小區(qū)樓道上的開關，只有在天黑以后，當有人走過的樓道的時候，發(fā)出腳步聲或是其他聲音時，樓道的燈會自動點亮，提供照明，當人們進入家門或是離開，樓道的燈延時幾分鐘會自動熄滅。在白天，即使有聲音，樓道燈也不會亮，可以達到節(jié)能的目的。聲光控延時開關具有體積小、外形美觀、制作容易、工作可靠等優(yōu)點，不僅適用于住宅的樓道，而且也適用于工廠，辦公樓、教學樓等公共場所。三、實驗所需元器件（具體見下元件清單表）：圖（1）元件清單表序號名稱型號規(guī)格位號數(shù)量序號名稱型號規(guī)格位號數(shù)量1集成電路CD4011IC1塊10電阻器2.2M、5.1MR4、R6各1支2單項可控硅100-6T1支11瓷片電容104C11支3三極管9014VT1支12電解電容10F/10VC2、C32支4整流二極管IN4001VDI-VD55支13前后蓋、紅面板1套5駐極體542dB BM1支14印刷版、圖紙1套6光敏電阻625ARG1支15元機螺絲362粒7電阻器10K、120KR6、R12支16自攻螺絲85粒8電阻器47KR2、R32支17元機螺絲252粒9電阻器470k、1MR7、R52支18銅接線柱、塑料螺絲蓋各2個四 、光敏電阻簡介光敏電阻是用具有內(nèi)光電效應的光導材料制成的，為純電阻原件，其阻值隨光照增強而減少。光敏電阻具有很多優(yōu)點：靈敏度高，體積小，重量輕，光譜響應范圍寬，機械強度高、耐沖擊和振動，壽命長。但是，使用時需要外部電源，同時當有電流通過它時，會產(chǎn)生熱的問題。圖（2）光敏電阻外觀 圖（3）光敏電阻結(jié)構(gòu)光電器件是將光能轉(zhuǎn)換為電能的一種傳感器件, 它是構(gòu)成光電式傳感器最主要的部件。 光電器件響應快、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便,而且有較高的可靠性, 因此在自動檢測、計算機和控制系統(tǒng)中, 應用非常廣泛，如光敏電阻等就屬于這類光電器件。五、駐極體話筒簡介聲電轉(zhuǎn)換的關鍵元件是駐極體振動膜。它是一片極薄的塑料膜片，在其中一面蒸發(fā)上一層純金薄膜。然后再經(jīng)過高壓電場駐極后，兩面分別駐有異性電荷。膜片的蒸金面向外，與金屬外殼相連通。膜片的另一面與金屬極板之間用薄的絕緣襯圈隔離開。這樣，蒸金膜與金屬極板之間就形成一個電容。當駐極體膜片遇到聲波振動時，引起電容兩端的電場發(fā)生變化，從而產(chǎn)生了隨聲波變化而變化的交變電壓。駐極體膜片與金屬極板之間的電容量比較小，一般為幾十pF。因而它的輸出阻抗值很高(Xc12tfc)，約幾十兆歐以上。這樣高的阻抗是不能直接與音頻放大器相匹配的。所以在話筒內(nèi)接入一只結(jié)型場效應晶體三極管來進行阻抗變換。場效應管的特點是輸入阻抗極高、噪聲系數(shù)低。普通場效應管有源極(S)、柵極(G)和漏極(D)三個極。這里使用的是在內(nèi)部源極和柵極間再復合一只二極管的專用場效應管。接二極管的目的是在場效應管受強信號沖擊時起保護作用。場效應管的柵極接金屬極板。這樣，駐極體話筒的輸出線便有三根。即源極S，一般用藍色塑線，漏極D，一般用紅色塑料線和連接金屬外殼的編織屏蔽線。六、主要結(jié)構(gòu)與控制方法聲光控延時開關電路由電源電路、聲控電路、光控電路、延時電子開關電路四大部分組成。其主要控制方法是白天或光線較強時，電路為斷開狀態(tài)，燈不亮，當光線黑暗時或晚上來臨時，開關進入預備工作狀態(tài)，此時，當來人有腳步聲、說話聲、拍手聲等聲源時，開關自動打開，燈亮，并且觸發(fā)自動延時電路，延時一段時間后自動熄滅，從而實現(xiàn)了“人來燈亮，人去燈熄”，杜絕了長明燈，免去了在黑暗中尋找開關的麻煩，尤其是上下樓道帶來不便。七、聲光控開關電路圖圖（4）聲光控的原理電路圖圖（5）SGK-10型聲光控延時開關方框圖圖（6）印刷板電路圖聲光控延時開關的電路原理圖見圖（4）所示。電路中的主要元器件是使用了數(shù)字集成電路cd4011，其內(nèi)部含有4個獨立的與非門vd 1vd4，使電路結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠性高。 八、CD4011簡介CD4011功能:四2輸入與非門CMOS芯片邏輯表達式：Y = A.BA=Y.B 圖（7）CD4011引腳圖及引腳 圖（8）CD4011的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖（9）單向可控硅的外形圖結(jié)合圖（5）來分析圖（4）。聲音信號(腳步聲、掌聲等)由駐極體話筒接收并轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)c1耦合到vt的基極進行電壓放大，放大的信號送到與非門(vd1)的2腳，r4、r7是vt偏置電阻，c2是電源濾波電容。為了使聲光控開關在白天開關斷開，即燈不亮，由光敏電阻rg等元件組成光控電路，r5和rg組成串聯(lián)分壓電路，夜晚環(huán)境無光時，光敏電阻的阻值很大，rg兩端的電壓高，即為高電平間t=2r8c3，改變r8或c3的值，可改變延時時間，滿足不同目的。vd3和vd4構(gòu)成兩級整形電路，將方波信號進行整形。當c3充電到一定電平時，信號經(jīng)與非門vd3、vd4后輸出為高電平，使單向可控硅導通，電子開關閉合；c3充滿電后只向r8放電，當放電到一定電平時，經(jīng)與非門vd3、vd4輸出為低電平，使單向可控硅截止，電子開關斷開，完成一次完整的電子開關由開到關的過程。二極管vd1vd4將交流220v進行橋式整流，變成脈動直流電，又經(jīng)r1降壓，c2濾波后即為電路的直流電源，為駐極體話筒、vt、ic等供電。九、心得體會經(jīng)過幾天的奮斗，傳感器課程設計終于完成，這個過程中接觸了一些新的東西。同時在制作成品過程中也出現(xiàn)了虛焊的現(xiàn)象，導致實驗不成功。但是最終與他人合作完成了聲光控延時自動開關。隨著科學技術的發(fā)展人們對測量精度有了更高的要求，這就促使光電傳感器不得不隨著時代步伐而更新，改善光電傳感器性能的主要手段就是應用新材料、新技術制造性能更優(yōu)越的光電元件。時代在發(fā)展，科學技術在更新，光電傳感器種類也日益增多，應用領域也越來越廣泛，例如近來一種紅外光電傳感器已在智能車方面得了到應用，其中一種基于紅外傳感器的智能車的核心就是反射式紅外傳感器，它運用反射式紅外傳感器設計路徑檢測模塊和速度監(jiān)測模塊；另外一種基于紅外傳感器的自尋跡小車則利用紅外傳感器來采集數(shù)據(jù)。光電傳感器具有其他傳感器所不能取代優(yōu)越性，因此它發(fā)展前景非常好，應用也會越來越廣泛。十、前景展望人類社會已進入了信息時代，人們的社會活動主要是依靠對信息資源的開發(fā)與獲取、傳輸與處理。傳感器處于研究對象與測試系統(tǒng)的借口位置，即檢測與控制系統(tǒng)之首。因此，傳感器成為感知、獲取與檢測信息的窗口，一切科學研究與自動化生產(chǎn)過程要獲取的信息，都要通過傳感器獲取并通過它轉(zhuǎn)化為容易傳輸與處理的電信號。所以傳感器的作用越來越重要。同時隨著科學技術的發(fā)展，公共場所照明控制手段也將逐步更新。除現(xiàn)在已有的聲光控開關外，還有微波感應開關和熱釋遠紅外感應開關。目前，微波感應開關的抗干擾性能尚不理想，紅外感應開關在性能上較為理想，但安裝復雜，比較嬌氣，價格也偏高，比較適合在一些管理完善的場所如賓館、大飯店樓道及居家庭走廊應用，在普通住宅樓、辦公樓道等場所的照明控制考慮到價格、管理及安裝方便等因素，根據(jù)我國國情，可以預計在相當一段時期內(nèi)，聲光控延時開關將是首選的主流產(chǎn)品。 在