传感器与检测技术课程论文

传 感 器 与 检 测 技 术 课

程 论 文

学号：xxxxxx

数学与统计学院

姓名：李晓香

指导老师：刘芳梅

浅析光敏传感器在日常生活中的应用

——以声光控开关电路为例

李晓香

（咸宁学院数学与统计学院，09数学与应用数学电气及其自动化，湖北xx，43xxxx）

摘要：本篇论文是介绍以声光控为题材，从而进行有关传感器电路的小制作，同时就其声光控开关的设计、制作及应用进行了简单地相关介绍，最后就根据自己在本次实验中的心得体会，对其发展前景进行了简单地展望，并对未来传感器的发展充满了信心。 关键词： 传感器 声光控技术 前景展望

一 、声光控制原理简介

声光控制指通过利用声音以及光线的变化来控制电路实现特定功能的一种电子学控制方法。

它是一种内无接触点，在特定环境光线下采用声响效果激发拾音器进行声电转换来控制用电器的开启，并经过延时后能自动断开电源的节能电子开关。广泛用于楼道、建筑走廊、洗漱室、厕所、厂房、庭院等场所，是现代极理想的新颖绿色照明开关，并延长灯泡使用寿命。

主要采用光敏电阻对白天黑夜的监控，驻极体话筒对声音的监控，信号经过放大电路进入集成电路将两个信号比较，输出信号控制晶闸管进而控制灯的亮灭，RC组合延时电路，

可以实现上述功能。

二、实验目的及意义

用声光控延时开关代替住宅小区楼道上的开关，只有在天黑以后，当有人走过的楼道的时候，发出脚步声或是其他声音时，楼道的灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或是离开，楼道的灯延时几分钟会自动熄灭。在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，可以达到节能的目的。声光控延时开关具有体积小、外形美观、制作容易、工作可靠等优点，不仅适用于住宅的楼道，而且也适用于工厂，办公楼、教学楼等公共场所。

三、实验所需元器件（具体见下元件清单表）：

图（1）元件清单表

四 、光敏电阻简介

光敏电阻是用具有内光电效应的光导材料制成的，为纯电阻原件，其阻值随光照增强而减少。

光敏电阻具有很多优点：灵敏度高，体积小，重量轻，光谱响应范围宽，机械强度高、耐冲击和振动，寿命长。但是，使用时需要外部电源，同时当有电流通过它时，会产生热的问题。

图（2）光敏电阻外观 图（3）光敏电阻结构 光电器件是将光能转换为电能的一种传感器件, 它是构成光电式传感器最主要的部件。 光电器件响应快、结构简单、使用方便,而且有较高的可靠性, 因此在自动检测、计算机和控制系统中, 应用非常广泛，如光敏电阻等就属于这类光电器件。

五、驻极体话筒简介

声电转换的关键元件是驻极体振动膜。它是一片极薄的塑料膜片，在其中一面蒸发上一层纯金薄膜。然后再经过高压电场驻极后，两面分别驻有异性电荷。膜片的蒸金面向外，与金属外壳相连通。膜片的另一面与金属极板之间用薄的绝缘衬圈隔离开。这样，蒸金膜与金属极板之间就形成一个电容。当驻极体膜片遇到声波振动时，引起电容两端的电场发生变化，从而产生了随声波变化而变化的交变电压。驻极体膜片与金属极板之间的电容量比较小，一般为几十pF。因而它的输出阻抗值很高(Xc＝1／2~tfc)，约几十兆欧以上。这样高的阻抗是不能直接与音频放大器相匹配的。所以在话筒内接入一只结型场效应晶体三极管来进行阻抗变换。场效应管的特点是输入阻抗极高、噪声系数低。普通场效应管有源极(S)、栅极(G)和漏极(D)三个极。这里使用的是在内部源极和栅极间再复合一只二极管的专用场效应管。接二极管的目的是在场效应管受强信号冲击时起保护作用。场效应管的栅极接金属极板。这样，驻极体话筒的输出线便有三根。即源极S，一般用蓝色塑线，漏极D，一般用红色塑料线和连接金属外壳的编织屏蔽线。

六、主要结构与控制方法

声光控延时开关电路由电源电路、声控电路、光控电路、延时电子开关电路四大部分组成。其主要控制方法是白天或光线较强时，电路为断开状态，灯不亮，当光线黑暗时或晚上来临时，开关进入预备工作状态，此时，当来人有脚步声、说话声、拍手声等声源时，开关自动打开，灯亮，并且触发自动延时电路，延时一段时间后自动熄灭，从而实现了“人来灯亮，人去灯熄”，杜绝了长明灯，免去了在黑暗中寻找开关的麻烦，尤其是上下楼道带来不便。

七、声光控开关电路图

图（4）声光控的原理电路图

图（5）SGK-10型声光控延时开关方框图

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图（6）印刷板电路图

声光控延时开关的电路原理图见图（4）所示。电路中的主要元器件是使用了数字集成电路cd4011，其内部含有4个独立的与非门vd 1～vd4，使电路结构简单，工作可靠性高。

八、CD4011简介

CD4011功能: 逻辑表达式：Y = A.B

A=Y.B

四2输入与非门CMOS芯片

图（7）CD4011引脚图及引脚

图（8）CD4011的内部结构 图（9）单向可控硅的外形图

结合图（5）来分析图（4）。声音信号(脚步声、掌声等)由驻极体话筒接收并转换成电信号，经c1耦合到vt的基极进行电压放大，放大的信号送到与非门(vd1)的2脚，r4、r7是vt偏置电阻，c2是电源滤波电容。

为了使声光控开关在白天开关断开，即灯不亮，由光敏电阻rg等元件组成光控电路，r5和rg组成串联分压电路，夜晚环境无光时，光敏电阻的阻值很大，rg两端的电压高，即为高电平间t=2πr8c3，改变r8或c3的值，可改变延时时间，满足不同目的。vd3和vd4构成两级整形电路，将方波信号进行整形。当c3充电到一定电平时，信号经与非门vd3、vd4后输出为高电平，使单向可控硅导通，电子开关闭合；c3充满电后只向r8放电，当放电到一定电平时，经与非门vd3、vd4输出为低电平，使单向可控硅截止，电子开关断开，完成一次完整的电子开关由开到关的过程。

二极管vd1～vd4将交流220v进行桥式整流，变成脉动直流电，又经r1降压，c2滤波后即为电路的直流电源，为驻极体话筒、vt、ic等供电。

九、心得体会

经过几天的奋斗，传感器课程设计终于完成，这个过程中接触了一些新的东西。同时在制作成品过程中也出现了虚焊的现象，导致实验不成功。但是最终与他人合作完成了声光控延时自动开关。

随着科学技术的发展人们对测量精度有了更高的要求，这就促使光电传感器不得不随着时代步伐而更新，改善光电传感器性能的主要手段就是应用新材料、新技术制造性能更优越的光电元件。

时代在发展，科学技术在更新，光电传感器种类也日益增多，应用领域也越来越广泛，

例如近来一种红外光电传感器已在智能车方面得了到应用，其中一种基于红外传感器的智能车的核心就是反射式红外传感器，它运用反射式红外传感器设计路径检测模块和速度监测模块；另外一种基于红外传感器的自寻迹小车则利用红外传感器来采集数据。

光电传感器具有其他传感器所不能取代优越性，因此它发展前景非常好，应用也会越来越广泛。

十、前景展望

人类社会已进入了信息时代，人们的社会活动主要是依靠对信息资源的开发与获取、传输与处理。传感器处于研究对象与测试系统的借口位置，即检测与控制系统之首。因此，传感器成为感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息，都要通过传感器获取并通过它转化为容易传输与处理的电信号。所以传感器的作用越来越重要。

同时随着科学技术的发展，公共场所照明控制手段也将逐步更新。

除现在已有的声光控开关外，还有微波感应开关和热释远红外感应开关。目前，微波感应开关的抗干扰性能尚不理想，红外感应开关在性能上较为理想，但安装复杂，比较娇气，价格也偏高，比较适合在一些管理完善的场所如宾馆、大饭店楼道及居家庭走廊应用，在普通住宅楼、办公楼道等场所的照明控制考虑到价格、管理及安装方便等因素，根据我国国情，可以预计在相当一段时期内，声光控延时开关将是首选的主流产品。

在21世界节能的时代,尽可能减少能源消耗，所以相信声光控制延时开关将在未来有更广泛地应用。

参考文献：

[1]陈杰 黄鸿，传感器与检测技术，高等教育出版社，2002年8月第1版

[2]康华光 邹寿彬 秦臻，电子技术基础（数字部分），高等教育出版社，2010年11月第13次印刷 [3]康华光 陈大林 张林，电子技术基础（模拟部分），高等教育出版社，2010年5月第12次印刷

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