光控計數(shù)器課程設(shè)計

1、題目 光控計數(shù)器 任務(wù)與要求利用led光的通、斷計數(shù)進(jìn)入圖書館人數(shù)，達(dá)到100時依據(jù)外界光照情況判斷是否亮燈開始日期 2011 年 6 月 1 日 完成日期 2011 年 6 月 20 日光控計數(shù)器摘 要 文中研究了利用光敏二極管、光敏電阻的特性，與單片機(jī)組成了一個模擬圖書館出入人數(shù)統(tǒng)計并根據(jù)人數(shù)多少實(shí)現(xiàn)控制館內(nèi)照明燈是否工作的實(shí)驗(yàn)電路，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)實(shí)生活中的需要。關(guān)鍵詞：光敏二極管，光敏電阻，光開關(guān)1 引言現(xiàn)代生活中，在大型商城、購物中心、圖書館、餐廳，經(jīng)常需要統(tǒng)計人數(shù)來決定是否啟動空調(diào)、照明燈等大功率用電器，出于經(jīng)濟(jì)的要求，很多時候他們都采用智能控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)功能。這次我們利用光敏二極管和光敏

2、電阻的特性組成一個智能的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)這個功能。電路中運(yùn)用光敏二極管和發(fā)光二極管組成的光開關(guān)的通斷來實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計人數(shù)的功能，用光敏電阻和電壓比較器組成的工作電路實(shí)現(xiàn)光控?zé)舻墓δ埽罱K兩部分結(jié)合后實(shí)現(xiàn)要求。本次實(shí)現(xiàn)的是利用led光的通、斷計數(shù)進(jìn)入圖書館人數(shù)，達(dá)到100時依據(jù)外界光照情況判斷是否亮燈。2 重要光電器件2.1 光敏二極管光敏二極管也叫光電二極管。光敏二極管與半導(dǎo)體二極管在結(jié)構(gòu)上是類似的,其管芯是一個具有光敏特征的pn結(jié)，具有單向?qū)щ娦?，因此工作時需加上反向電壓。無光照時,有很小的飽和反向漏電流,即暗電流，此時光敏二極管截止。當(dāng)受到光照時,飽和反向漏電流大大增加，形成光電流,它隨入射光強(qiáng)度的變

3、化而變化。當(dāng)光線照射pn結(jié)時，可以使pn結(jié)中產(chǎn)生電子一空穴對，使少數(shù)載流子的密度增加。這些載流子在反向電壓下漂移，使反向電流增加。因此可以利用光照強(qiáng)弱來改變電路中的電流。常見的有2cu、2du等系列。 其工作原理為：光敏二極管是將光信號變成電信號的半導(dǎo)體器件。它的核心部分也是一個pn結(jié)，和普通二極管相比，在結(jié)構(gòu)上不同的是，為了便于接受入射光照，pn結(jié)面積盡量做的大一些，電極面積盡量小些，而且pn結(jié)的結(jié)深很淺，一般小于1微米。 光敏二極管是在反向電壓作用之下工作的。沒有光照時，反向電流很?。ㄒ话阈∮?.1微安），稱為暗電流。當(dāng)有光照時，攜帶能量的光子進(jìn)入pn結(jié)后，把能量傳給共價鍵上的束縛電子，使

4、部分電子掙脫共價鍵，從而產(chǎn)生電子-空穴對，稱為光生載流子。 它們在反向電壓作用下參加漂移運(yùn)動，使反向電流明顯變大，光的強(qiáng)度越大，反向電流也越大。這種特性稱為“光電導(dǎo)”。光敏二極管在一般照度的光線照射下，所產(chǎn)生的電流叫光電流。如果在外電路上接上負(fù)載，負(fù)載上就獲得了電信號，而且這個電信號隨著光的變化而相應(yīng)變化。 圖1 光敏二極管 2.2 光敏電阻光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導(dǎo)體材料制成的。光敏

5、電阻器的阻值隨入射光線（可見光）的強(qiáng)弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達(dá)110m歐,在強(qiáng)光條件（100lx）下，它阻值（亮阻）僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻器對光的敏感性（即光譜特性）與人眼對可見光（0.40.76）m的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。通常，光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)，以便吸收更多的光能。當(dāng)它受到光的照射時，半導(dǎo)體片（光敏層）內(nèi)就激發(fā)出電子空穴對，參與導(dǎo)電，使電路中電流增強(qiáng)。為了獲得高的靈敏度，光敏電阻的電極常采用梳狀圖案，它是在一定的掩膜下向光電導(dǎo)薄膜上蒸鍍金或銦等金屬形成的。光敏電阻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，

6、將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻，為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。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，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。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當(dāng)受到光照時，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價帶中產(chǎn)生一個帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子空穴對了半導(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

7、穴對將復(fù)合，光敏電阻的阻值也就恢復(fù)原值。在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓，其中便有電流通過，受到波長的光線照射時，電流就會隨光強(qiáng)的而變大，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也加交流電壓。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。圖2 光敏電阻3 工作電路部分3.1 主要器件 本次設(shè)計中主要用到的器件有at89c52單片機(jī)、四位陽極數(shù)碼顯示管、光敏電阻、光敏二極管、發(fā)光二極管、74ls04非門、ua741電壓比較器、若干電阻、晶振、三極管等。3.2 光計數(shù)電路 光電開關(guān)由一個光發(fā)射（發(fā)光二極管）和一個接收管（光敏二極管）組成。當(dāng)發(fā)射管和接收管

8、之間無遮擋時，接收管有光電流產(chǎn)生，一旦此光路中有物體阻擋時光電流中斷，利用這種特性可制成光電開關(guān)用來計數(shù)。如圖3-1，其中d4、d3為光敏二極管，d2為發(fā)光二極管。兩個光敏二極管和一個發(fā)光二極管組成“出入口”。電路中，當(dāng)d4和d2或d3和d2之間有物體遮擋時，圖中的q1、q2點(diǎn)電平發(fā)生變化，再通過單片機(jī)判斷變化的電平的程序進(jìn)行計數(shù)，并在四位數(shù)碼管顯示出來，這樣就可以計算出人數(shù)的多少。 圖3-1 計數(shù)功能工作電路3.3 光控制電路 如圖3-2，通過光敏電阻與電壓比較器以及非門組成了光控制電路。圖中，r6為光敏電阻，u2a為電壓比較器，u3為非門。通過光敏電阻所接收到的光強(qiáng)不同，其電阻也發(fā)生相應(yīng)的

9、變化，即在光照強(qiáng)時電阻比較低，在光照弱時電阻比較高，故通過電壓比較器與滑動變阻器的電壓比較輸出高低電平，并由單片機(jī)接收，再通過單片機(jī)的程序?qū)崿F(xiàn)控制d1燈是否亮的電路。3.4 單片機(jī)程序部分org 0000hmov p3,#07hmov p2,#0c0hclr p1.0inser1:jnb p0.0,inser2ajmp inser1inser2:jb p0.0,main1ajmp inser2inser3: jnb p0.1,inser4ajmp inser3inser4: jb p0.1,main2ajmp inser4main1:inc r0sjmp main3main2: dec r0s

10、jmp main3main3: mov a,r0mov b,#64hdiv abjnz main5setb p1.1main4:mov dptr,#tabmovc a,a+dptrsetb p3.2mov p2,aacall d1msclr p3.2mov a,bmov b,#0ahdiv abmov dptr,#tabmovc a,a+dptrsetb p3.1mov p2,aacall d1msclr p3.1mov a,bmov dptr,#tabmovc a,a+dptrsetb p3.0mov p2,aacall d1msclr p3.0jnb p0.0,inser1jnb p0.1

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