光敏傳感器是最常見的傳感器之一，它的種類繁多，主要有：光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏三極管、太陽能電池、紅外線傳感器、紫外線傳感器、光纖式光電傳感器、色彩傳感器、CCD和CMOS圖像傳感器等。

　　國內主要廠商有OTRON品牌等。光傳感器是目前產量最多、應用最廣的傳感器之一，它在自動控制和非電量電測技術中占有非常重要的地位。最簡單的光敏傳感器是光敏電阻，當光子沖擊接合處就會產生電流。

　　光敏傳感器是利用光敏元件將光信號轉換為電信號的傳感器，它的敏感波長在可見光波長附近，包括紅外線波長和紫外線波長。光傳感器不只局限于對光的探測，它還可以作為探測元件組成其他傳感器，對許多非電量進行檢測，只要將這些非電量轉換為光信號的變化即可。

　　本文主要介紹光敏傳感器電路設計方案，跟隨小編一起來了解一下。

　　光敏傳感器電路設計方案（一）

　　一 、設計要求

　　設計一個光照強度自動檢測、顯示、（報警）系統，實現對外界三種不同條件下光強的分檔指示和報警（弱、適宜、強）

　　1、根據題目選定光照強度自動檢測所用的光電傳感器類型

　　（1）自己設計至少三種以上不同光照條件，測定不同光照條件下光電傳感器的輸出；

　　（2）傳感器測量電路采用集成運算放大器構成的比較器完成，完成至少三種以上不同光照條件下顯示報警系統方案的論證和設計；

　　（3）完成自然光光照強度自動檢測顯示報警系統電路方框圖、電路原理圖的設計；

　　（4）完成自然光光照強度自動檢測顯示報警系統中核心芯片的選型、系統中各個參數的計算（備注：1. 含各種元件參數的計算過程或依據2. 選定最接近計算結果的元件規格）；

　　（5）設計結束后，進行仿真調試。

　　2、仿真調試方案

　　給出系統整機電路圖。

　　3、完成課程設計報告

　　二、方案設計

　　1、方案說明

　　（1）傳感器選擇：選用光敏電阻作為采集光照信號的傳感器。

　　（2）電阻測試：在室外太陽光強照射下、室內適宜光照下、室內昏暗條件下三種光照條件下分別測的光敏電阻的阻值為《=320歐、1.4--3.6k歐、》=15.6k歐。

　　（3）方案原理圖：系統功能描述：考慮到系統的實用價值，確定了光照適宜時的光敏電阻值的范圍為1.4--3.6k歐，當光照過強時，LED1點亮，蜂鳴器報警；光照適宜時，LED2點亮；黑暗時，LED3點亮，蜂鳴器也報警。即光照不適宜時就會報警，所以該系統不但可以完成光強的顯示、報警，而且可以判斷光照是否適宜。

　　原理框圖如下：

　　2、方案論證

　　（1）光照強度的信號采集部分

　　采用光敏電阻作為信號采集器件。光敏電阻是基于光電導效應的一種光電器件，無光照時， 光敏電阻值（暗電阻）很大， 電路中電流（暗電流）很小； 當受到光照時，半導體材料電導率增加，電阻減小。其阻值隨光照增強而減小。光敏電阻作為光電式傳感器的一種，它具有靈敏度高、光譜響應范圍寬；體積小、重量輕、機械強度高、耐沖擊、耐震動、抗過載能力強和壽命長等特點。所以選擇光敏電阻采集光照信號，并把不同的光照強度轉化為不同的電阻值。把光敏電阻串聯在直流電路中即可把不同的電阻值轉化為不同的電壓值，電路如原理圖所示。于是，就把對光照信號的處理轉化為對電壓信號V的處理。

　　（2）信號處理部分：

　　采用集成電壓比較器LM339N作為信號處理的核心元件，電路連接如原理圖所示。光強、適宜、黑暗三種光照狀態轉換為三個電壓值V1，V2，V3作為比較器的輸入電壓；兩個比較器設置兩個參考電壓Vref1，Vref2。工作過程分析如下：光照較強時V1》 Vref1》Vref2，兩個比較器的輸出電壓分別為（5V，0V）；光照適宜時Vref1》V2》Vref2， 兩個比較器的輸出電壓分別為（-5V，0）； 光照黑暗時V3《 Vref2 《 Vref1 兩個比較器的輸出電壓分別為（-5V，5V）。這樣就完成了從模擬信號到數字信號的轉換，顯示部分就變得容易了。

　　（3）光強顯示部分

　　采用發光二極管顯示不同的光強狀態。由于比較器的驅動能力有限，所以在輸出端加一個上拉電阻提高其驅動能力。電路連接如原理圖所示，分析如下：當光照較強時，兩個比較器的輸出電壓分別為（5V，0V），LED1點亮；光照適宜時， 兩個比較器的輸出電壓分別為（-5V，0），LED2被點亮； 光照黑暗時，兩個比較器的輸出電壓分別為（-5V，5V），LED2、LED3被點亮。這樣三種狀態就顯示出來了。

　　（4）光強報警部分

　　采用有源蜂鳴器作為報警器件。電路連接如原理圖所示，用兩個NPN型BJT三極管的導通來控制報警電路的導通，三極管的導通又受發光二極管導通與否的控制，發光二極管的導通受光照的控制。所以光強就可以控制報警器了，設計方案采用了當光照較強或較暗時報警。工作過程分析如下：當光照較強時，兩個比較器的輸出電壓分別為（5V，0V），LED1點亮，三極管BJT1被導通，報警電路被導通，蜂鳴器報警；光照適宜時， 兩個比較器的輸出電壓分別為（-5V，0），LED2被點亮，三極管BJT1截止，報警電路也截止； 光照黑暗時，兩個比較器的輸出電壓分別為（-5V，5V），LED2、LED3被點亮，BJT2被導通，報警電路也被導通，蜂鳴器報警。

　　三、傳感器工作原理

　　光傳感器是利用光敏元件將光信號轉換為電信號的傳感器，它的敏感波長在可見光波長附近，包括紅外線波長和紫外線波長。光傳感器的不只局限于對光的探測，它還可以作為探測元件組成其他傳感器，對許多非電量進行檢測，只要將這些非電量轉換為光信號的變化即可。光傳感器是目前產量最多、應用最廣的傳感器之一它在自動控制和非電量電測技術中占有非常重要的地位。

　　光敏電阻器是利用半導體光電導效應制成的一種特殊電阻器，對光線十分敏感，它的電阻值能隨著外界光照強弱（明暗）變化而變化。他在無光照射時，呈高阻狀態；當有光照射時，其電阻值迅速減小。廣泛應用于各種控制電路（如自動照明燈控制電路、自動報警電路等）、家用電器（如電視機中的高度自動調節，照相機中的自動曝光控制等）及各種測量儀器中。

　　光敏電阻又稱光導管，它幾乎都是用半導體材料制成的光電器件。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，也可以加交流電壓。無光照時，光敏電阻值（暗電阻）很大，電路中電流（暗電流）很小。當光敏電阻受到一定波長范圍的光照時，它的阻值（亮電阻）急劇減小，電路中電流迅速增大。 一般希望暗電阻越大越好，亮電阻越小越好， 此時光敏電阻的靈敏度高。實際光敏電阻的暗電阻值一般在兆歐量級， 亮電阻值在幾千歐以下。

　　該系統可通過光敏傳感器將光照強弱信號轉化為電信號通過發光二極管顯示以及蜂鳴器報警從而成為光照強度自動顯示檢測系統。光照強度不同光明傳感器的組織不同，當光照強度很強時，光敏傳感器的阻值很小；當光照強度弱時，光敏傳感器的組織很大；當光照強度適宜時光敏傳感器的阻值介于強光和弱光的阻值之間。因此可以通過光敏傳感器將光信號變為電信號，并可以利用光照傳感器受光照不同阻值不同產生的電信號不同從而顯示不同的信號。

　　四、電路的工作原理

　　4.1、硬件電路圖

　　4.2、原理圖

　　4.3、PCB版圖

　　從電路原理圖看其實很簡單，右邊三個比較器部分電路完全相同。結構分析如下：

　　1、供電電源VCC=5V，給分壓電路、比較器、發光管、蜂鳴器供電。

　　2、分壓電路。包括光敏電阻分壓和基準電阻分壓。

　　3、比較電路。比較器的兩個比較端一個從光敏電阻一端引出，接入比較器負比較端，另一個從三個基準電阻分壓端引出，接入比較器正比較端。若光敏電阻比較端阻值大于基準電阻，則分壓也大于基準電阻，比較器輸出為負，反之亦然。

　　4、顯示報警電路。比較器輸出端通過限流電阻接發光二極管，同時為防止比較器無法驅動發光管，輸出端通過上拉電阻接電源，以提供足夠功率。最小基準電阻發光管并聯蜂鳴器。

　　為了分析各部分單元電路之間的關系，我以信號流程做主軸，分析如下：

　　1、信號采集，光敏電阻處于被測環境感光，會有一感光阻值，這樣就把被測光信號轉化為電信號。

　　2、信號測量，為了知道光敏電阻的阻值在所分的哪檔之間，需要進行測量比較。分壓電路和比較電路就是完成此功能。光敏電阻和基準電阻分別分壓接入比較器兩端（實際上是被測信號與基準信號比較）。由于另一分壓電阻相同，電阻大的分壓就多。比較結果反映在比較器的輸出端。采用了三個比較電路比較，就可以確定光敏電阻在四檔的哪一檔。

　　3、信號表達，通過比較器出來的是電壓信號，為了使人能直接感知，接上發光二級管。高電壓即點亮發光二級管。

　　五、 結構分析

　　1、供電電源VCC=5V，為分壓器，二極管，蜂鳴器，比較器供電。

　　2、光敏電阻分壓基準電阻分壓。

　　3 、比較電路

　　U1A為強光比較，光敏電阻分壓輸入正極，輸出正極信號

　　U1B為弱光比較，光敏電阻分壓輸入負極，輸出正極信號

　　4 、報警電路通過穩壓三極管連接形成回路

　　六、單元電路設計、器件選擇

　　1、單元電路設計

　　設計時須對整個系統進行全面綜合考慮。以完成課題功能要求為前提，盡量使電路簡單清晰。按照前面分析，首先應將系統分為三個模塊，其中測量顯示電路重點設計分析如下：

　　（1）電源部分：為了驅動比較器，電源電壓設置為5V

　　（2）分壓電路：為了便于分壓比較，另一分壓電阻均設為相同值

　　（3）比較電路：為了符合正常邏輯思維，應該設定光照越強，亮的發光管越多。所以才將光敏電阻分壓端接入比較器負比較端。光最強時，電阻最小，分壓最少，比較器負輸入端都小于正輸入端，比較器輸出都為正，三個發光管都亮。

　　（4）為了實現光敏電阻精確連續分壓，仿真時用滑動變阻器代替，一個粗調，一個細調。

　　（5）顯示電路：為了驅動發光管，應設置上拉電阻，為了保護發光管，應設置限流電阻。

　　（6）報警電路：應設置當光照過強時，使蜂鳴器響。僅當光照很強時，光敏電阻阻值才小于R3，蜂鳴器才響。其他狀態，蜂鳴器都不響。

　　2、器件選擇

　　七、設計結果展示

　　光照過弱

　　光照過強

　　光照適宜