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傳感器與檢測(cè)技術(shù)課程論文 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院 學(xué)號(hào)：xxxxxx 姓名：李曉香 指導(dǎo)老師：劉芳梅 淺析光敏傳感器在日常生活中的應(yīng)用 以聲光控開(kāi)關(guān)電路為例李曉香（咸寧學(xué)院數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院，09數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)電氣及其自動(dòng)化，湖北xx，43xxxx）摘要：本篇論文是介紹以聲光控為題材，從而進(jìn)行有關(guān)傳感器電路的小制作，同時(shí)就其聲光控開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)、制作及應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單地相關(guān)介紹，最后就根據(jù)自己在本次實(shí)驗(yàn)中的心得體會(huì)，對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了簡(jiǎn)單地展望，并對(duì)未來(lái)傳感器的發(fā)展充滿(mǎn)了信心。 關(guān)鍵詞： 傳感器 聲光控技術(shù) 前景展望 一 、聲光控制原理簡(jiǎn)介聲光控制指通過(guò)利用聲音以及光線(xiàn)的變化來(lái)控制電路實(shí)現(xiàn)特定功能的一種電子學(xué)控制方法。它是一種內(nèi)無(wú)接觸點(diǎn)，在特定環(huán)境光線(xiàn)下采用聲響效果激發(fā)拾音器進(jìn)行聲電轉(zhuǎn)換來(lái)控制用電器的開(kāi)啟，并經(jīng)過(guò)延時(shí)后能自動(dòng)斷開(kāi)電源的節(jié)能電子開(kāi)關(guān)。廣泛用于樓道、建筑走廊、洗漱室、廁所、廠房、庭院等場(chǎng)所，是現(xiàn)代極理想的新穎綠色照明開(kāi)關(guān)，并延長(zhǎng)燈泡使用壽命。 主要采用光敏電阻對(duì)白天黑夜的監(jiān)控，駐極體話(huà)筒對(duì)聲音的監(jiān)控，信號(hào)經(jīng)過(guò)放大電路進(jìn)入集成電路將兩個(gè)信號(hào)比較，輸出信號(hào)控制晶閘管進(jìn)而控制燈的亮滅，RC組合延時(shí)電路，可以實(shí)現(xiàn)上述功能。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙饬x用聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)代替住宅小區(qū)樓道上的開(kāi)關(guān)，只有在天黑以后，當(dāng)有人走過(guò)的樓道的時(shí)候，發(fā)出腳步聲或是其他聲音時(shí)，樓道的燈會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮，提供照明，當(dāng)人們進(jìn)入家門(mén)或是離開(kāi)，樓道的燈延時(shí)幾分鐘會(huì)自動(dòng)熄滅。在白天，即使有聲音，樓道燈也不會(huì)亮，可以達(dá)到節(jié)能的目的。聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)具有體積小、外形美觀、制作容易、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，不僅適用于住宅的樓道，而且也適用于工廠，辦公樓、教學(xué)樓等公共場(chǎng)所。三、實(shí)驗(yàn)所需元器件（具體見(jiàn)下元件清單表）：圖（1）元件清單表序號(hào)名稱(chēng)型號(hào)規(guī)格位號(hào)數(shù)量序號(hào)名稱(chēng)型號(hào)規(guī)格位號(hào)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(xiàng)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(jī)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(jī)螺絲252粒9電阻器470k、1MR7、R52支18銅接線(xiàn)柱、塑料螺絲蓋各2個(gè)四 、光敏電阻簡(jiǎn)介光敏電阻是用具有內(nèi)光電效應(yīng)的光導(dǎo)材料制成的，為純電阻原件，其阻值隨光照增強(qiáng)而減少。光敏電阻具有很多優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，體積小，重量輕，光譜響應(yīng)范圍寬，機(jī)械強(qiáng)度高、耐沖擊和振動(dòng)，壽命長(zhǎng)。但是，使用時(shí)需要外部電源，同時(shí)當(dāng)有電流通過(guò)它時(shí)，會(huì)產(chǎn)生熱的問(wèn)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(yīng)快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便,而且有較高的可靠性, 因此在自動(dòng)檢測(cè)、計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)中, 應(yīng)用非常廣泛，如光敏電阻等就屬于這類(lèi)光電器件。五、駐極體話(huà)筒簡(jiǎn)介聲電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件是駐極體振動(dòng)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(guò)高壓電場(chǎng)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(kāi)。這樣，蒸金膜與金屬極板之間就形成一個(gè)電容。當(dāng)駐極體膜片遇到聲波振動(dòng)時(shí)，引起電容兩端的電場(chǎng)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(huà)筒內(nèi)接入一只結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體三極管來(lái)進(jìn)行阻抗變換。場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn)是輸入阻抗極高、噪聲系數(shù)低。普通場(chǎng)效應(yīng)管有源極(S)、柵極(G)和漏極(D)三個(gè)極。這里使用的是在內(nèi)部源極和柵極間再?gòu)?fù)合一只二極管的專(zhuān)用場(chǎng)效應(yīng)管。接二極管的目的是在場(chǎng)效應(yīng)管受強(qiáng)信號(hào)沖擊時(shí)起保護(hù)作用。場(chǎng)效應(yīng)管的柵極接金屬極板。這樣，駐極體話(huà)筒的輸出線(xiàn)便有三根。即源極S，一般用藍(lán)色塑線(xiàn)，漏極D，一般用紅色塑料線(xiàn)和連接金屬外殼的編織屏蔽線(xiàn)。六、主要結(jié)構(gòu)與控制方法聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)電路由電源電路、聲控電路、光控電路、延時(shí)電子開(kāi)關(guān)電路四大部分組成。其主要控制方法是白天或光線(xiàn)較強(qiáng)時(shí)，電路為斷開(kāi)狀態(tài)，燈不亮，當(dāng)光線(xiàn)黑暗時(shí)或晚上來(lái)臨時(shí)，開(kāi)關(guān)進(jìn)入預(yù)備工作狀態(tài)，此時(shí)，當(dāng)來(lái)人有腳步聲、說(shuō)話(huà)聲、拍手聲等聲源時(shí)，開(kāi)關(guān)自動(dòng)打開(kāi)，燈亮，并且觸發(fā)自動(dòng)延時(shí)電路，延時(shí)一段時(shí)間后自動(dòng)熄滅，從而實(shí)現(xiàn)了“人來(lái)燈亮，人去燈熄”，杜絕了長(zhǎng)明燈，免去了在黑暗中尋找開(kāi)關(guān)的麻煩，尤其是上下樓道帶來(lái)不便。七、聲光控開(kāi)關(guān)電路圖圖（4）聲光控的原理電路圖圖（5）SGK-10型聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)方框圖圖（6）印刷板電路圖聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)的電路原理圖見(jiàn)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(gè)獨(dú)立的與非門(mén)vd 1vd4，使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠性高。 八、CD4011簡(jiǎn)介CD4011功能:四2輸入與非門(mén)CMOS芯片邏輯表達(dá)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(lái)分析圖（4）。聲音信號(hào)(腳步聲、掌聲等)由駐極體話(huà)筒接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)c1耦合到vt的基極進(jìn)行電壓放大，放大的信號(hào)送到與非門(mén)(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(kāi)關(guān)在白天開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，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(wú)光時(shí)，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r(jià)8或c3的值，可改變延時(shí)時(shí)間，滿(mǎn)足不同目的。vd3和vd4構(gòu)成兩級(jí)整形電路，將方波信號(hào)進(jìn)行整形。當(dāng)c3充電到一定電平時(shí)，信號(hào)經(jīng)與非門(mén)vd3、vd4后輸出為高電平，使單向可控硅導(dǎo)通，電子開(kāi)關(guān)閉合；c3充滿(mǎn)電后只向r8放電，當(dāng)放電到一定電平時(shí)，經(jīng)與非門(mén)vd3、vd4輸出為低電平，使單向可控硅截止，電子開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，完成一次完整的電子開(kāi)關(guān)由開(kāi)到關(guān)的過(guò)程。二極管vd1vd4將交流220v進(jìn)行橋式整流，變成脈動(dòng)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(huà)筒、vt、ic等供電。九、心得體會(huì)經(jīng)過(guò)幾天的奮斗，傳感器課程設(shè)計(jì)終于完成，這個(gè)過(guò)程中接觸了一些新的東西。同時(shí)在制作成品過(guò)程中也出現(xiàn)了虛焊的現(xiàn)象，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)不成功。但是最終與他人合作完成了聲光控延時(shí)自動(dòng)開(kāi)關(guān)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展人們對(duì)測(cè)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(shí)代步伐而更新，改善光電傳感器性能的主要手段就是應(yīng)用新材料、新技術(shù)制造性能更優(yōu)越的光電元件。時(shí)代在發(fā)展，科學(xué)技術(shù)在更新，光電傳感器種類(lèi)也日益增多，應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛，例如近來(lái)一種紅外光電傳感器已在智能車(chē)方面得了到應(yīng)用，其中一種基于紅外傳感器的智能車(chē)的核心就是反射式紅外傳感器，它運(yùn)用反射式紅外傳感器設(shè)計(jì)路徑檢測(cè)模塊和速度監(jiān)測(cè)模塊；另外一種基于紅外傳感器的自尋跡小車(chē)則利用紅外傳感器來(lái)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(yīng)用也會(huì)越來(lái)越廣泛。十、前景展望人類(lèi)社會(huì)已進(jìn)入了信息時(shí)代，人們的社會(huì)活動(dòng)主要是依靠對(duì)信息資源的開(kāi)發(fā)與獲取、傳輸與處理。傳感器處于研究對(duì)象與測(cè)試系統(tǒng)的借口位置，即檢測(cè)與控制系統(tǒng)之首。因此，傳感器成為感知、獲取與檢測(cè)信息的窗口，一切科學(xué)研究與自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程要獲取的信息，都要通過(guò)傳感器獲取并通過(guò)它轉(zhuǎn)化為容易傳輸與處理的電信號(hào)。所以傳感器的作用越來(lái)越重要。同時(shí)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，公共場(chǎng)所照明控制手段也將逐步更新。除現(xiàn)在已有的聲光控開(kāi)關(guān)外，還有微波感應(yīng)開(kāi)關(guān)和熱釋遠(yuǎn)紅外感應(yīng)開(kāi)關(guān)。目前，微波感應(yīng)開(kāi)關(guān)的抗干擾性能尚不理想，紅外感應(yīng)開(kāi)關(guān)在性能上較為理想，但安裝復(fù)雜，比較嬌氣，價(jià)格也偏高，比較適合在一些管理完善的場(chǎng)所如賓館、大飯店樓道及居家庭走廊應(yīng)用，在普通住宅樓、辦公樓道等場(chǎng)所的照明控制考慮到價(jià)格、管理及安裝方便等因素，根據(jù)我國(guó)國(guó)情，可以預(yù)計(jì)在相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)，聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)將是首選的主流產(chǎn)品。 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