畢業(yè)論文光電開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)

1、合肥通用職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文畢業(yè)論文題目：光電開(kāi)光的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：專(zhuān)業(yè)班級(jí)：應(yīng)用電子技術(shù)802班分院（系）：電子與計(jì)算機(jī)工程系指導(dǎo)老師：2011.1目錄引言3摘要31.設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求.31.1.設(shè)計(jì)的任務(wù).31.2.設(shè)計(jì)的要求.32.光電開(kāi)關(guān)方案的選擇與認(rèn)證.32.1.單元電路的具體設(shè)計(jì).32.1.1.光電開(kāi)關(guān)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(xiàng).85.儀器的組裝與測(cè)試.85.1.組裝.85.2.特別注意.85.3.調(diào)試過(guò)程.86.系統(tǒng)方案總結(jié)與體會(huì).87.系統(tǒng)所需元

2、件列表.98.參考文獻(xiàn).10引言傳感器是一種能感受或響應(yīng)規(guī)定的被測(cè)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(cè)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(cè)、控制，是測(cè)量系統(tǒng)中的一種前置部件。傳感探測(cè)技術(shù)通過(guò)聲、光、電、熱等物理量的變化,實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的探測(cè)、識(shí)別、跟蹤和定位.它是一門(mén)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(cè)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(cè)系統(tǒng)呈現(xiàn)出新的面貌,具體體現(xiàn)在傳感探測(cè)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)

3、絡(luò)化方向發(fā)展，所以光電開(kāi)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)光信號(hào)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，以此來(lái)達(dá)到探測(cè)的目的。由于光電開(kāi)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(chǎng)合得到應(yīng)用。摘要為了培養(yǎng)運(yùn)用基本知識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)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(kāi)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(jiǎn)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)

4、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(xiàn)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(kāi)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。關(guān)鍵詞： 光電 開(kāi)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(guò)的傳感器知識(shí)做一款有關(guān)光電知識(shí)的簡(jiǎn)易光電傳感器。1.2設(shè)計(jì)的要求制作一個(gè)能測(cè)量光線(xiàn)強(qiáng)弱的光電裝置，并能輸出控制信號(hào)來(lái)控制一路信號(hào)的通與斷。2.光電開(kāi)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(kāi)關(guān)，就是通過(guò)把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的它是利用被檢測(cè)物體對(duì)紅外光束（區(qū)分點(diǎn)）的

5、遮光或反射，由同步回路選通而檢測(cè)物體的有無(wú)，其物體不限于金屬，對(duì)所有能反射光線(xiàn)的物體均可檢測(cè)。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。下圖為設(shè)計(jì)的圖1總電路圖 圖1 （總電路圖）2.1.1 光電開(kāi)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 r3 r4構(gòu)成了電橋，分壓電路，在黑暗的條件下或者光線(xiàn)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(wàn)用表測(cè)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

6、；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(xiàn)，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

7、，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，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(guò)，受到適當(dāng)波長(zhǎng)的光線(xiàn)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(méi)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：（1）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(guò)的電流稱(chēng)為光電流，外加電壓與光電流之比稱(chēng)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(dāng)沒(méi)有光照射的時(shí)候，流過(guò)的電流稱(chēng)為暗電流。外加電壓與暗電流之比稱(chēng)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(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。（4）光譜響應(yīng)。光譜響應(yīng)又稱(chēng)光譜靈敏度，是指光敏電阻在不同波長(zhǎng)的單色光照射下的靈敏度。若將不同波長(zhǎng)下的靈敏度畫(huà)成曲線(xiàn)，就可以得到光譜響應(yīng)的曲線(xiàn)。（5）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(xiàn)可以看出，隨著的光照強(qiáng)度的增加，光敏電阻的阻值開(kāi)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

9、逐漸趨向平緩。在大多數(shù)情況下，該特性為非線(xiàn)性。（6）伏安特性曲線(xiàn)。伏安特性曲線(xiàn)用來(lái)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(lái)說(shuō)，其光電流隨外加電壓的增大而增大。（7）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。（8）額定功率。額定功率是指光敏電阻用于某種線(xiàn)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(kāi)始的時(shí)候考慮到用lm324，放大倍數(shù)是沒(méi)有問(wèn)題，但是電源電壓要求比較高，

10、并且過(guò)高電壓就不保證線(xiàn)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：圖3（lm358放大器）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(wú)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(chǎng)合。特性：內(nèi)部頻率補(bǔ)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：?jiǎn)坞娫矗?-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(diào)電壓和失調(diào)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(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(chēng)輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱(chēng)輸出回路），用場(chǎng)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(kāi)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(xiàn)圈、銜鐵、觸電簧片等組成的。只要在線(xiàn)圈兩端加上一定的電壓，線(xiàn)圈中就會(huì)流過(guò)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(xiàn)圈斷

12、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(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)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(guò)查詢(xún)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40v50v， 0.5a

13、， 0.625w ，150mhz hfe（），1001000 (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)：1，在連接電路的過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)該放下心來(lái)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；2，在連接繼電器的過(guò)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(cè)試5.1.組裝在安裝的過(guò)程中，只要耐下心來(lái)，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

14、注意布線(xiàn)盡量使電源線(xiàn)和地線(xiàn)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(guò)焊，因?yàn)橛行┢骷荒苣透邷?，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(guò)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(lái)，但繼電器不吸合，則可能是信號(hào)太小沒(méi)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(méi)有，則用示波器逐個(gè)檢測(cè)信號(hào)，再檢查是否存在虛焊的問(wèn)題。直到達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果。調(diào)試過(guò)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)

15、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(mén)，而且還學(xué)到了書(shū)本上沒(méi)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(wèn)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(yáng)能庭院燈、草坪燈、驗(yàn)鈔機(jī)、石英鐘、音樂(lè)杯、禮品盒、迷你小夜燈、光聲控開(kāi)關(guān)、路燈自動(dòng)開(kāi)關(guān)以及各種光控玩具、光控?zé)麸?、燈具等光自?dòng)開(kāi)關(guān)控制領(lǐng)域。光電開(kāi)關(guān)應(yīng)用的環(huán)境是影響其長(zhǎng)期工作可靠性的重要條件。當(dāng)光電開(kāi)

16、關(guān)工作于最大檢測(cè)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(guò)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(huà)圖軟件，multisim仿真軟件，protel畫(huà)圖軟件等等，尤其是幾位學(xué)長(zhǎng)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)手能力在焊接過(guò)程中稍不小心就可能焊錯(cuò)一個(gè)引腳、一根導(dǎo)線(xiàn)都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電路無(wú)法正常工作，而

17、且還有被燙傷的經(jīng)歷。在調(diào)試的過(guò)程中，是最痛苦的事情，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電路不能正常運(yùn)行，又不知道錯(cuò)在哪里的時(shí)候，就非常的迷茫，試了很多次，試到?jīng)]耐心，瀕臨崩潰邊緣，浪費(fèi)了很多的時(shí)間，最后還是要靠老師來(lái)解決，用萬(wàn)用表來(lái)測(cè)量哪里沒(méi)有接上，結(jié)果是漏焊的原因。在仿真的過(guò)程中，老師教導(dǎo)可以把繼電器用做可控硅來(lái)代替，這樣同樣會(huì)表現(xiàn)出現(xiàn)象，而且簡(jiǎn)單，也可用發(fā)光二極管來(lái)代替， 省時(shí)省力，因此，此次課設(shè)對(duì)我未來(lái)的畢業(yè)論文打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。7. 電器元件明細(xì)表序號(hào)名稱(chēng)型號(hào)規(guī)格位號(hào)數(shù)量1iclm35812光敏電阻gl7516rl13電阻10kr1 r3 r4 r644電阻15kr515滑動(dòng)變阻器100kr216三極管9013vt117二極