光控計(jì)數(shù)器課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　題目 光控計(jì)數(shù)器 </p><p><b>　　任務(wù)與要求</b></p><p>　　開始日期 2011 年 6 月 1 日 完成日期 2011 年 6 月 20 日</p><p><b>　　光控計(jì)數(shù)器</b></p>

2、;<p>　　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(gè)模擬圖書館出入人數(shù)統(tǒng)計(jì)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。</p><p>　　關(guān)鍵詞：光敏二極管，光敏電阻，光開關(guān)</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　現(xiàn)代生活中，在大型商

3、城、購物中心、圖書館、餐廳，經(jīng)常需要統(tǒng)計(jì)人數(shù)來決定是否啟動(dòng)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(shí)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電阻的特性組成一個(gè)智能的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)這個(gè)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(jì)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?，最終兩部分結(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(jì)數(shù)進(jìn)入圖書館人數(shù)，達(dá)到100時(shí)依據(jù)外界

4、光照情況判斷是否亮燈。</p><p><b>　　2 重要光電器件</b></p><p>　　2.1 光敏二極管</p><p>　　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(gè)具有光敏特征的PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦?，因此工作時(shí)需加上反向電壓。無光照時(shí),有很小的飽和反向漏電流,即暗電流，此時(shí)光敏二極管截

5、止。當(dāng)受到光照時(shí),飽和反向漏電流大大增加，形成光電流,它隨入射光強(qiáng)度的變化而變化。當(dāng)光線照射PN結(jié)時(shí)，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。</p><p>　　其工作原理為：光敏二極管是將光信號(hào)變成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。它的核心部分也是一個(gè)PN結(jié)，和普通二極管相比，在結(jié)構(gòu)上不同的是，

6、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。 </p><p>　　光敏二極管是在反向電壓作用之下工作的。沒有光照時(shí)，反向電流很?。ㄒ话阈∮?.1微安），稱為暗電流。當(dāng)有光照時(shí)，攜帶能量的光子進(jìn)入PN結(jié)后，把能量傳給共價(jià)鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價(jià)鍵，從而產(chǎn)生電子---空穴對，稱為光生載流子。 </p><p>　　它們在反

7、向電壓作用下參加漂移運(yùn)動(dòng)，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(hào)，而且這個(gè)電信號(hào)隨著光的變化而相應(yīng)變化。</p><p>　　圖1 光敏二極管 </p><p><b>　　2.2 光敏電阻</b></p><

8、;p>　　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)1~10M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

9、器對光的敏感性（即光譜特性）與人眼對可見光（0.4~0.76）μm的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會(huì)引起它的阻值變化。</p><p>　　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(shí)，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。</p>

10、<p>　　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，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(shí)，只要光子能量大于半導(dǎo)

11、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，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(shí)，電流就會(huì)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(gè)

12、電阻器件，使用時(shí)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。</p><p>　　圖2 光敏電阻</p><p><b>　　3 工作電路部分</b></p><p><b>　　3.1 主要器件</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)中主要用到的器件有AT

13、89C52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。</p><p><b>　　3.2 光計(jì)數(shù)電路</b></p><p>　　光電開關(guān)由一個(gè)光發(fā)射（發(fā)光二極管）和一個(gè)接收管（光敏二極管）組成。當(dāng)發(fā)射管和接收管之間無遮擋時(shí)，接收管有光電流產(chǎn)生，一旦此光路中有物體阻擋時(shí)光電流中斷，利

14、用這種特性可制成光電開關(guān)用來計(jì)數(shù)。</p><p>　　如圖3-1，其中D4、D3為光敏二極管，D2為發(fā)光二極管。兩個(gè)光敏二極管和一個(gè)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(shí)，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(jì)數(shù)，并在四位數(shù)碼管顯示出來，這樣就可以計(jì)算出人數(shù)的多少。</p><p>　　圖3-1 計(jì)數(shù)功能工作電路

15、</p><p><b>　　3.3 光控制電路</b></p><p>　　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)的變化，即在光照強(qiáng)時(shí)電阻比較低，在光照弱時(shí)電阻比較高，故通過電壓比較器與滑動(dòng)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

16、單片機(jī)的程序?qū)崿F(xiàn)控制D1燈是否亮的電路。</p><p>　　3.4 單片機(jī)程序部分</p><p><b>　　ORG 0000H</b></p><p>　　MOV P3,#07H</p><p>　　MOV P2,#0C0H</p><p><b>　　CLR P1.0</b

17、></p><p><b>　　INSER1:</b></p><p>　　JNB P0.0,INSER2</p><p>　　AJMP INSER1</p><p><b>　　INSER2:</b></p><p>　　JB P0.0,MAIN1</p>

18、<p>　　AJMP INSER2</p><p><b>　　INSER3:</b></p><p>　　JNB P0.1,INSER4</p><p>　　AJMP INSER3</p><p><b>　　INSER4:</b></p><p>　　JB

19、P0.1,MAIN2</p><p>　　AJMP INSER4</p><p><b>　　MAIN1:</b></p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　SJMP MAIN3</p><p><b>　　MAIN2:</b>

20、;</p><p><b>　　DEC R0</b></p><p>　　SJMP MAIN3</p><p><b>　　MAIN3: </b></p><p><b>　　MOV A,R0</b></p><p>　　MOV B,#64H</p

21、><p><b>　　DIV AB</b></p><p><b>　　JNZ MAIN5</b></p><p><b>　　SETB P1.1</b></p><p><b>　　MAIN4:</b></p><p>　　MOV D

22、PTR,#TAB</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p><b>　　SETB P3.2</b></p><p><b>　　MOV P2,A</b></p><p>　　ACALL D1MS</p><p><b>　　CLR P3.2&

23、lt;/b></p><p><b>　　MOV A,B</b></p><p>　　MOV B,#0AH</p><p><b>　　DIV AB</b></p><p>　　MOV DPTR,#TAB</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p&g

24、t;<p><b>　　SETB P3.1</b></p><p><b>　　MOV P2,A</b></p><p>　　ACALL D1MS</p><p><b>　　CLR P3.1</b></p><p><b>　　MOV A,B</

25、b></p><p>　　MOV DPTR,#TAB</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p><b>　　SETB P3.0</b></p><p><b>　　MOV P2,A</b></p><p>　　ACALL D1MS</p&g

26、t;<p><b>　　CLR P3.0</b></p><p>　　JNB P0.0,INSER1</p><p>　　JNB P0.1,INSER3</p><p>　　AJMP MAIN3</p><p><b>　　MAIN5:</b></p><p>

27、　　JB P1.0,MAIN6</p><p>　　AJMP MAIN4</p><p><b>　　MAIN6:</b></p><p><b>　　CLR P1.1</b></p><p>　　AJMP MAIN4</p><p><b>　　D1MS:<

28、/b></p><p>　　MOV R7,#02H</p><p><b>　　DL:</b></p><p>　　MOV R6,#0FFH</p><p><b>　　DL1:</b></p><p>　　DJNZ R6,DL1</p><p>

29、;　　DJNZ R7,DL</p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　TAB:</b></p><p>　　DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H</p><p><b>　　END</b>&

30、lt;/p><p><b>　　3.5 整體電路圖</b></p><p>　　3.6 實(shí)際電路計(jì)數(shù)演示</p><p>　　3.7實(shí)際電路光控演示</p><p><b>　　4 結(jié)束語</b></p><p>　　隨著光學(xué)的發(fā)展，生活中充滿了許許多多的關(guān)于光產(chǎn)品，通過一個(gè)一

31、個(gè)看似微小的光電器件，卻可以組成一個(gè)方便人們生活需要的智能化系統(tǒng)，這正是光科技吸引人的地方。通過設(shè)計(jì)本次電路，我們了解了光敏二極管和光敏電阻的特性并懂得了如何加以利用，雖然工作的過程比較辛苦，很多時(shí)候都得不到自己想要的結(jié)果但從中我們認(rèn)識(shí)了更多的知識(shí)。經(jīng)歷了這次實(shí)驗(yàn)，我們學(xué)會(huì)了如何將我們的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際中去，從而更好改善我們生活，讓生活過得更美好。</p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)</p>&

32、lt;p>　　[1] 江月松.光電技術(shù)與實(shí)驗(yàn). 北京理工大學(xué)出版社,2008. 134-140.</p><p>　　[2] 李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（第三版）. 北京航空航天大學(xué)出版.2008.</p><p>　　教師評語：