利用光敏电阻实现火灾报警Word格式.docx
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2.1系统组成框图…………………………………………………2
2.2光敏电阻的原理………………………………………………2
2.3光敏电阻的特性………………………………………………3
2.4实验选材……………………………………………………3
第三章整体原理图………………………………………………4
3.1电路原理图……………………………………………………5
3.2分压式偏置放大电路…………………………………………6
3.3稳定静态工作点的原理………………………………………7
3.4电路分析………………………………………………………8
3.5元器件清单……………………………………………………9
第4章设计总结…………………………………………………10
第5章心的体会…………………………………………………11
致谢………………………………………………………………12
参考文献……………………………………………………………12
第一章、课程设计目的
光敏电阻又称光导管,常用的制作材料为硫化镉,另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。
这些制作材料具有在特定波长的光照射下,其阻值迅速减小的特性。
这是由于光照产生的载流子都参与导电,在外加电场的作用下作漂移运动,电子奔向电源的正极,空穴奔向电源的负极,从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。
光传感器原理是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器,它的敏感波长在可见光波长附近,包括红外线波长和紫外线波长。
光传感器不只局限于对光的探测,它还可以作为探测元件组成其他传感器,对许多非电量进行检测,只要将这些非电量转换为光信号的变化即可。
1、设计目的
学习、利用硫化铅光敏电阻制作火灾报警电路,并实现火灾报警功能
2、实现功能
实现基本功能:
光感应、放大、报警
第二章方案设计与论证
2.1系统组成框图
光敏电阻是用具有内光电效应的光导材料制成的,为纯电阻元件,其阻值随光照增强而减小。
常用的制作材料为硫化镉,另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。
本课题采用的是利用硫化铅光敏电阻实现火灾报警。
系统硬件原理框图如图:
现场工作状态,整定值
2.2光敏电阻的原理
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。
构成光敏电阻的材料有金属的硫化物、硒化物、碲化物等半导体。
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。
当光敏电阻受到光照时,价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带,成为自由电子,同时产生空穴,电子—空穴对的出现使电阻率变小。
光照愈强,光生电子—空穴对就越多,阻值就愈低。
当光敏电阻两端加上电压后,流过光敏电阻的电流随光照增大而增大。
入射光消失,电子-空穴对逐渐复合,电阻也逐渐恢复原值,电流也逐渐减小。
2.3光敏电阻的特性:
(1)光敏电阻的伏安特性
在一定照度下,加在光敏电阻两端的电压与电流之间的关系称为伏安特性,在给定偏压下,光照度较大,光电流也越大。
在一定的光照度下,所加的电压越大,光电流越大,而且无饱和现象。
但是电压不能无限地增大,因为任何光敏电阻都受额定功率、最高工作电压和额定电流的限制。
超过最高工作电压和最大额定电流,可能导致光敏电阻永久性损坏。
(2)光敏电阻的频率特性
当光敏电阻受到脉冲光照射时,光电要经过一段时间才能达到稳定值,而在停止光照后,光电流也不立刻为零,这就是光敏电阻的时延特性。
由于不同材料的光敏,电阻时延特性不同,所以它们的频率特性也不同,如图。
硫化铅的使用频率比硫化镉高得多,但多数光敏电阻的时延都比较大,所以,它不能用在要求快速响应的场合。
(3)光敏电阻的温度特性
其性能(灵敏度、暗电阻)受温度的影响较大。
随着温度的升高,其暗电阻和灵敏度下降,光谱特性曲线的峰值向波长短的方向移动。
硫化镉的光电流I和温度T的关系如图所示。
有时为了提高灵敏度,或为了能够接收较长波段的辐射,将元件降温使用。
2.4实验选材:
光电流、亮电阻。
光敏电阻器在一定的外加电压下,当有光照射时,流过的电流称为光电流,外加电压与光电流之比称为亮电阻,常用“100LX”表示。
暗电流、暗电阻。
光敏电阻在一定的外加电压下,当没有光照射的时候,流过的电流称为暗电流。
外加电压与暗电流之比称为暗电阻,常用“0LX”表示。
灵敏度。
灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值(暗电阻)与受光照射时的电阻值(亮电阻)的相对变化值。
CdS光敏电阻的光照特性。
在一定外加电压下,光敏电阻的光电流和光通量之间的关系。
不同类型光敏电阻光照特性不同,但光照特性曲线均呈非线性。
因此它不宜作定量检测元件,这是光敏电阻的不足之处。
一般在自动控制系统中用作光电开关。
硫化铅光敏电阻在较宽的光谱范围内均有较高的灵敏度,峰值在红外区域;
硫化镉、硒化镉的峰值在可见光区域。
因此,在选用光敏电阻时,应把光敏电阻的材料和光源的种类结合起来考虑,才能获得满意的效果。
在本设计中,选用了硫化铅光敏电阻来设计火灾报警电路。
第3章、整体原理图
3.1电路原理图
下图是采用硫化铅光敏电阻为探测元件的火灾报警器电路图。
硫化铅光敏电阻的暗电阻为1MΩ,亮电阻为0.2MΩ(光照度0.01W/m2下测试的),峰值响应波长为2.2μm。
硫化铅光敏电阻处于V1管组成的恒压偏置电路,其偏置电压约为6V,电流约为6μΑ。
V2管集电极电阻两端并联68μF的电容,可以抑制100Hz以上的高频,使其成为只有几十赫兹的窄带放大器。
V2、V3构成二级负反馈互补放大器,火灾的闪动信号经二级放大后送给中心控制站进行报警处理。
采用恒压偏置电路是为了在更换光敏电阻或长时间使用后,器件阻值的变化不致于影响输出信号的幅度,保证火灾报警器能长期稳定地工作。
图3
由公式可得:
则输出信号的范围为6.2V-10.8V
由于实际线路中的光敏电阻:
光敏电阻的暗电阻为10KΩ,亮电阻为5KΩ,经计算得到相应的参数,为如下图3所示Rc改为5KΩ算法同上则输出信号的范围为6.7V-9.35V.
3.2分压式偏置放大电路
如图所示。
V是放大管;
RB1、RB2是偏置电阻,RB1、RB2组成分压式偏置电路,将电源电压UCC分压后加到晶体管的基极;
RE是射极电阻,还是负反馈电阻;
CE是旁路电容与晶体管的射极电阻RE并联,CE的容量较大,具有“隔直、导交”的作用,使此电路有直流负反馈而无交流负反馈,即保证了静态工作点的稳定性,同时又保证了交流信号的放大能力没有降低。
图2.a
图2.b
3.3稳定静态工作点的原理
要实现上述稳定过程,首先必须保证基极电位UB恒定。
由图b可见,合理选择元件,使流过偏置电阻RB1的电流I1比晶体管的基极电流IB大很多,则UCC被RB1、RB2分压得晶体管的基极电位UB:
电路定量分析
静态分析
根据定理可得输出回路方程
3.4电路分析
如上图所示仿真过程中,通过改变A的位置来模仿火宅发生时候光以及烟雾变化,B做为硫化铅光敏电阻,感受外界光线的变化,将光信号转化为电信号,并经过二级放大后送给中心控制站进行报警处理。
最终形成完整的报警系统。
具体偏置放大电路分析见3.2分压式偏置放大电路所示。
3.5元器件清单
电阻:
三极管
电阻
三极管
电容
发光二极管
1K1个
2N33932个
68U2个
LED-GREEN1个
3.9K2个
2N37071个
68n1个
5K1个
129uf1个
32K1个
4.7n1个
120K2个
150K1个
820K1个
3.9M1个
第四章﹑设计总结
通过本次光敏电阻火灾报警课程设计,我深刻理解我自己在课本上学到的知识。
本设计采用恒压偏置电路是为了在更换光敏电阻或长时间使用后,器件阻值的变化不致于影响输出信号的幅度,保证火灾报警器能长期稳定地工作。
一个星期的课程设计,让我对电子科学的理论有了更深的了解。
在这个过程中,我熟悉了常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围,在不懂的时候学会了如何快速查找资料,查阅有关的电子器件图书。
在这次设计中,我也体会到了同学之间相互讨论的重要性。
通过这次实习,我们自身的素质也有了很大的提高。
更好的懂得了团结协作,懂得了集体力量大的真理,有时自己找不到的错误在大家的努力下解决了。
还使我们对一些专业术语有了进一步的研究,提高了认知能力。
体会到了乐趣。
第五章、心得体会
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练,着是我们迈向社会,从事职业工作前一个必不少的过程.我今天认真的进行课程设计,学会脚踏实地迈开这一步,就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础.在这次设计过程中,体现出自己单独设计的能力以及综合运用知识的能力,体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情,从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节,从而加以弥补。
在实践过程中,我们也表现出了经验不足、处理问题不够成熟、书本知识与实际结合不够紧密等问题。
我们回到学校后会更加珍惜在校学习的时光,努力掌握更多的知识,并不断深入到实践中,检验自己的知识,锻炼自己的能力,为今后更好地服务于社会打下坚实的基础。
机遇只偏爱有准备的头脑,我们只有通过自身的不断努力,拿出百尺竿头的干劲,胸怀会当凌绝顶的壮志,不断提高自身的综合素质。
致谢
本设计能够顺利完成,还承蒙樊荣老师以及身边的很多同学的指导和帮助。
在设计过程中,樊荣老师给予了悉心的指导,最重要的是给了我解决问题的思路和方法,并且在设计环境和器材方面给予了大力的帮助和支持,在此,我们对樊荣老师表示最真挚的感谢!
同时感谢所有帮助过我的同学!
感些评阅老师百忙之中抽出时间对本设计论文进行了评阅!
参考文献
1、传感器与检测技术陈杰、黄鸿,高等教育出版社
2、传感器原理与应用技术刘爱华满宝元,人民邮电出版社
3、传感器及其应用实例何希才,机械工业出版社
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- 利用 光敏 电阻 实现 火灾 报警
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