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1、东 北 石 油 大 学课 程 设 计课 程 电子技术课程设计 题 目 水位控制器设计 院 系 电气信息工程学院 专业班级 自动化12-07班 学生姓名 孔祥瑞 学生学号 8 指导教师 白丽丽 2014年 7月 6日东北石油大学课程设计任务书课程 电 子 技 术 课 程 设 计 题目 简易光控计数器 专业 自 动 化 姓名 孔祥瑞 学号 8 主要内容：现代生活中，在大型商城、购物中心、图书馆、餐厅，经常需要统计人数来决定是否启动空调、照明灯等大功率用电器，出于经济的要求，很多时候他们都采用智能控制系统来实现功能。这次我们利用光敏二极管和光敏电阻的特性组成一个智能的系统来实现这个功能。电路中运用光
2、敏二极管和发光二极管组成的光开关的通断来实现统计人数的功能，用光敏电阻和电压比较器组成的工作电路实现光控灯的功能，最终两部分结合后实现要求。主要参考资料：1 江月松.光电技术与实验. 北京理工大学出版社,2008. 134-140.2 李朝青.单片机原理及接口技术（第三版）. 北京航空航天大学出版.2008.3 谢佳奎电子线路（线性部分）第四版高等教育出版社19994 谢自美电子线路设计实验测试（第三版）华中科技大学出版社20065 门宏怎样识别和选用集成电路人民邮电出版社2007完成期限 2014.6.302014.7.6 指导教师 白 丽 丽 专业负责人 2014年 6 月30 日1任务和
3、要求利用LED光的通、断计数进入图书馆人数，达到100时依据外界光照情况判断是否亮灯2.2总体方案方框图3总体方案设计与选择3.1光计数电路 光电开关由一个光发射（发光二极管）和一个接收管（光敏二极管）组成。当发射管和接收管之间无遮挡时，接收管有光电流产生，一旦此光路中有物体阻挡时光电流中断，利用这种特性可制成光电开关用来计数。如图3-1，其中D4、D3为光敏二极管，D2为发光二极管。两个光敏二极管和一个发光二极管组成“出入口”。电路中，当D4和D2或D3和D2之间有物体遮挡时，图中的Q1、Q2点电平发生变化，再通过单片机判断变化的电平的程序进行计数，并在四位数码管显示出来，这样就可以计算出人
4、数的多少。3.2光控制电路如图3-2，通过光敏电阻与电压比较器以及非门组成了光控制电路。图中，R6为光敏电阻，U2A为电压比较器，U3为非门。通过光敏电阻所接收到的光强不同，其电阻也发生相应的变化，即在光照强时电阻比较低，在光照弱时电阻比较高，故通过电压比较器与滑动变阻器的电压比较输出高低电平，并由单片机接收，再通过单片机的程序实现控制D1灯是否亮的电路。 3.3 数码管显示电路实际数码管是把发光二极管的管心做成条状，用7条条状的发光管就可以组成7段式半导体数码管，如图4-9所示。每个数码管可显示09十个数字，数码管（0.5寸和0.36寸）每段发光二极管的正向压降，随显示光的颜色不同略有差别，
5、通常约为22.5V每个发光二极管的点亮电流在510mA。LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完全成译码功能，还要有相当的驱动能力。数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管.数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平
6、时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。4主要光电器件4.2 光敏二极管光敏二极管也叫光电二极管。光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的,其管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。无光照时,有很小的饱和反向漏电流,即暗电流，此时光敏二极管截止。当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加，形成光电流,它随入射光强度的变化
7、而变化。当光线照射PN结时，可以使PN结中产生电子一空穴对，使少数载流子的密度增加。这些载流子在反向电压下漂移，使反向电流增加。因此可以利用光照强弱来改变电路中的电流。常见的有2CU、2DU等系列。 其工作原理为：光敏二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。它的核心部分也是一个PN结，和普通二极管相比，在结构上不同的是，为了便于接受入射光照，PN结面积尽量做的大一些，电极面积尽量小些，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。 光敏二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1微安），称为暗电流。当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部
8、分电子挣脱共价键，从而产生电子-空穴对，称为光生载流子。 它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。这种特性称为“光电导”。光敏二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。4.3 光敏电阻光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。光敏电阻器的阻值随入射光线
9、（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达110M欧,在强光条件（100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.40.76）m的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子空穴对，参与导电，使电路中电流增强。为了获得高的灵敏度，光敏电阻的电极常采用梳状图案，它是在一定的掩膜下向光电导薄膜上蒸镀金或铟等金属形成的。光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的
10、管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子空穴对了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将复合，光敏电阻的
11、阻值也就恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到波长的光线照射时，电流就会随光强的而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。7 设计总结1）做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。2）通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。3）我们
12、的工作是一个团队的工作。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点。4）此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。5）感谢老师的耐心指导和同学们的细心帮助！参考文献1 江月松.光电技术与实验. 北京理工大学出版社,2008. 134-140.2 李朝青.单片机原理及接口技术（第三版）. 北京航空航天大学出版.2008.3 谢佳奎电子线路（线性部分）第四版高等教育出版社19994 谢自美电子线路设计实验测试（第三版）华中科技大学出版社
13、20065 门宏怎样识别和选用集成电路人民邮电出版社2007附 录东北石油大学课程设计成绩评价表课程名称电 子 技 术 课 程 设 计题目名称水 位 控 制 器 设 计学生姓名林彦超学号7 指导教师姓名白丽丽职称教授讲师序号评价项目指 标满分评分1工作量、工作态度和出勤率按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。202课程设计质量课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。453创新工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或有一定应用价值。54答辩能正确回答指导教师所提出的问题。30总分评语：指导教师： 年 月 日