光线强弱测量显示电路的设计

关于光电检测电路的设计与研究光电检测电路是一种用于检测光信号的电路，它可以将光信号转换成电信号，常用于光电传感器、光电开关、光电编码器等设备中。

光电检测电路的设计与研究在工业自动化、智能家居等领域有着广泛的应用。

本文将就光电检测电路的设计与研究进行探讨，希望可以对读者有所帮助。

一、光电检测电路的基本原理光电检测电路主要由光电传感器、前置放大电路、滤波电路、比较器等组成。

光电传感器是光电检测电路的核心部件，它能够将光信号转换成电信号。

前置放大电路可以放大光电传感器输出的微弱信号，提高信噪比；滤波电路用于抑制杂音和滤除干扰，提高电路的稳定性；比较器则可以将输出信号与阈值进行比较，判断光信号的强弱。

二、光电检测电路的设计要点1. 选择合适的光电传感器：不同的应用场景需要选择不同类型的光电传感器，比如光电开关需要选择具有高灵敏度、快速响应的传感器；光电编码器需要选择具有较高分辨率、较高信噪比的传感器。

2. 设计合理的前置放大电路：前置放大电路对于提高信噪比至关重要，需要选择合适的放大倍数和合适的放大器类型，同时要考虑电路的稳定性和抗干扰能力。

3. 合理设计滤波电路：滤波电路需要根据应用场景选择合适的滤波器类型，比如低通滤波器、带通滤波器、陷波滤波器等，以滤除掉不需要的频率成分。

4. 选择合适的比较器：比较器需要选择合适的阈值电压和工作模式，以确保能够准确判断光信号的强弱。

三、光电检测电路的研究现状随着光电技术的不断发展，光电检测电路的研究也在不断深入。

目前，针对不同的应用场景，已经出现了许多高性能的光电检测电路方案，比如针对高速信号检测的差分式光电检测电路、针对低功耗应用的低功耗光电检测电路等。

一些新型的光电传感器技术也在不断涌现，比如基于纳米材料的光电传感器、基于微纳加工技术的集成光电传感器等，这些新型的传感器也为光电检测电路的设计提供了新的思路和可能。

四、光电检测电路的应用展望光电检测电路在工业自动化、智能家居、医疗仪器等领域有着广泛的应用前景。

第一章概述在生产生活中，人们除了对温度和湿度进行监控外，有时还需对其他一些环境因素进行监控，以确保生产能正常进行，环境光线报警器应运而生。

而随着科技的发展，利用电子技术实现的自动控制，在各个领域种的作用越来越突出。

环境光线报警电路在环境光线太强或者太弱时，会自动的发出声光报警，以提醒人们注意。

例如，在光线太强或太弱的环境下看书、写字，时间长了会造成视力减退。

这里介绍的环境光线报警电路，能够很方便地监测阅读书写环境的光照度，指导人们在合适的光线下学习、工作，对视力保健起到积极有效的作。

本设计基于节能性要求，利用所学电子技术基础的相关知识，为照明灯设计了一款自动控制电路。

1.1环境光线报警电路的研究意义及价值环境光线报警电路在安全光控制、光控制等领域有着重要的作用，能够很方便地监测阅读、书写环境的光照度,指导人们在合适的光线下学习、工作,对视力保健起到积极有效的作用。

该光线强弱报警器体积小巧、携带方便,在学校和家里都很实用。

因此，环境光线报警电路在我们实际生活工作中有着不可替代的作用，研究和开发环境光线报警电路也就显得非常之重要了。

1.2环境光线报警电路的发展前景伴随这经济的发展，各种报警电路已经为人们所认识。

从居民区里的防火防盗系统到建设工地上的各种告警指示，它具有光控自动功能，白天灯灭，当夜幕来临的时候，它能驱动红色警示灯闪闪发光，以起到告警作用，从而节省了大量的人力资源，在不安全的地方可以避免危险事故的发生。

对我们的安全生产的人们的财产安全有着非常重要的地位。

人们日常生活中的应用和建设应用的广泛使得人们再不能离开报警电路的作用，所以报警电路的用量也越来越大，市场的需求很大，蕴藏着巨大的商机和市场潜力。

研究它的生产和工作原理对以后的工作和生产很重要。

由于人们越来越重视报警电路的作用，对它工作原理的掌握也变的越来越迫切，所以本文主要介绍环境光线报警电路的主要组成部件和原理。

第二章环境光线报警电路原理及设计思路2.1电路元器件的工作原理电路主要由专用测光集成电路ZH-3和光敏三极管组成：2.1.1 光敏三极管光敏三极管（Phototransistor）和普通三极管相似，也有电流（Current）放大作用，只是它的集电极电流不只是受基极电路和电流控制，同时也受光辐射的控制。

光照强度检测系统及方法一、引言光照强度是指其中一给定区域内光线的强弱程度，对于室内照明、光伏发电等领域来说是十分重要的参数。

为了方便实时监控和调节光照强度，本文提出了一种光照强度检测系统及方法。

二、系统概述该系统由光照传感器、数据采集模块、信号处理模块和显示模块组成。

光照传感器负责实时采集光照强度数据，数据采集模块进行数据采集和传输，信号处理模块对采集到的数据进行处理和分析，最后通过显示模块将结果展示给用户。

三、系统设计1.光照传感器选择光照传感器是上述系统的核心部件，可以选择光敏电阻、光电二极管、光敏三极管或光电效应传感器等。

其中光敏电阻是较为常见和简单的光照传感器。

2.传感器接口电路设计为了保证光照传感器工作的稳定性和准确性，需要设计相应的传感器接口电路。

常见的设计包括低通滤波器和放大器电路。

低通滤波器用于滤除高频噪声，放大器用于放大传感器输出的微小电压信号。

3.数据采集与传输数据采集模块接收光照传感器输出的模拟电压信号，并将其转换为数字信号。

采用模数转换器（ADC）进行信号转换，并通过通信接口（如串口、SPI或I2C）将数据传输给信号处理模块。

4.信号处理与分析信号处理模块负责对采集到的光照强度数据进行处理和分析。

可以采用滑动窗口、均值滤波或加权平均等算法对数据进行平滑处理，排除异常值的影响。

同时，可以设定不同的阈值和报警规则，当光照强度超过或低于设定的范围时，发出报警信号。

5.结果展示最后的显示模块将处理后的光照强度数据展示给用户。

可以使用液晶显示屏、LED指示灯或手机APP等方式进行展示。

用户可以根据展示结果来判断光照强度是否符合要求，并进行相应的调节措施。

四、系统优势1.系统结构简单，组件易于获得，可快速实施。

2.采用先进的滤波和处理算法，能够准确测量光照强度。

3.可以根据实际需求设定不同的阈值和报警规则，及时发现和解决光照问题。

4.显示模块可以提供直观的光照强度数据，方便用户了解和调整。

现代电子技术报告题目：测试报告学 院：_________________________ 院 系：_________________________ 班 级：_________________________ 学 号：_________________________ 姓 名：_________________________ 指 导 教 师： 吕勇、 李刚 时 间： 2011.5---2011.6光信息科学与技术 光电信息与通信工程光信0801 2008010750 靖鑫一、日光灯的发光强度测试仪1.目的掌握光电传感器的选择和接口电路的设计，能够针对被测信号的特点设计相应的信号处理电路，理解对测量系统的一般要求（精度、测量范围、响应速度）。

2.考核要求（1）测量范围：能够测量室内可能出现的最强日光灯的光强；（2）测量精度：采用3位半数字万用表作为输出显示，读数稳定在±2LSB；（3）响应速度：> 1 SPS；（4）能够抑制其他光源的干扰。

比如，用手电稳定照射时基本不会干扰输出。

3.提示按照题目要求，只能测量日光灯的“光”，因此，必须在电路上采取措施抑制环境光的干扰。

日光灯发出的光与其他光源发出的光最大不同在于发光频率不同。

因此，系统需要设计相应的信号滤波与处理电路。

鼓励采用单片机来控制，但需要注意自己的时间与精力是否足够！设计最终定稿：1.电流接口电路2.信号放大3.带通滤波器4.精精密整流电路5.低通滤波器6.输出（示波器和万用表）一．接口电路采用芯片：低噪声运算放大器ad795jn 电路实际图:二．同相放大器采用10倍放大三．带通滤波器用FilterPro设计选择要设计的滤波器参数根据响应选择滤波器类型（选择巴特沃斯滤波器）巴特沃斯(Butterworth):通带平坦.脉冲响应比Chebyshev好.衰减速率中.阶跃响应会出现过冲和振荡.切比雪夫(Chebyshev):通带纹波令人讨厌.衰减速率最好.阶跃响应振荡厉害.贝塞尔(Besell):阶跃响应最好,过冲和振荡非常小.缺点是衰减速率差.选用芯片：选择多路负反馈5根据设计先用multisim仿真软件仿真一下，芯片选的是opa2134选用芯片精密放大器opa4277五．低通滤波器。

光电二极管检测电路的工作原理及设计方案目录一、内容描述 (2)二、光电二极管基本知识 (3)1. 光电二极管的工作原理 (4)2. 光电二极管的特性与参数 (4)三、光电二极管检测电路的工作原理 (6)1. 光电检测电路的基本概念 (7)2. 光电检测电路的工作原理详解 (7)四、设计方案 (9)1. 设计目标及要求 (10)2. 电路设计 (11)（1）电路拓扑结构 (12)（2）元器件选择与参数设计 (13)3. 信号处理与放大电路 (15)（1）信号输入与处理电路 (16)（2）信号放大电路 (17)4. 电源及辅助电路设计 (18)（1）电源电路设计 (20)（2）保护及指示电路设计 (21)五、实验验证与优化 (22)1. 实验设备与工具准备 (23)2. 实验操作流程及步骤说明 (24)3. 数据记录与分析处理 (25)4. 电路性能评估与优化建议 (26)六、实际应用场景及推广价值 (27)1. 实际应用场景分析 (28)2. 推广价值及市场前景展望 (29)七、总结与展望 (30)一、内容描述光电二极管检测电路是一种基于光电效应工作的电子检测电路，主要用于检测光信号的强度或光照度。

该电路通过光电二极管将光信号转换为电信号，进而实现对光信号的测量、监控和控制。

本文将详细介绍光电二极管检测电路的工作原理及设计方案。

在光电二极管检测电路中，光电二极管作为核心元件，其工作原理主要基于光电效应。

当光线照射到光电二极管时，光子能量被材料中的电子吸收，从而使电子从价带跃迁到导带，形成电子空穴对，产生光生电流。

通过测量光生电流的大小，可以反映光照度的强弱。

根据不同的应用场景和需求，光电二极管检测电路的设计方案也有所不同。

常见的设计方案包括：直接测量法：通过测量光电二极管产生的光生电流来直接反映光照度。

这种方法简单直观，但受限于光电二极管的响应速度和灵敏度，适用于低光照度测量。

信号放大法：通过对光电二极管产生的光生电流进行放大处理，可以提高测量灵敏度和精度。

室内灯光亮度自动调节器摘要：光照强度自动检测显示系统，该系统可以自动检测光照强度的强弱并显示让人们知道此时光照强度的强弱。

人们可以设定光照强度的范围。

人们可以通过看此装置的显示了解现在的光照状态，做合理的光照调节。

该设计可分为三部分：即光照检测部分、信号处理部分、光强显示部分。

对于光照检测部分可利用光敏电阻传感器作为检测元件，它可以完成从光强到电阻值的信号转换，再把电阻值转换为电信号就可以作为系统的输入信号。

对输入信号处理后，就可以用来显示了。

对于显示部分可利用发光二极管来显示，不同的光强对应于不同的发光二极管点亮，就能简单的显示出不同的光强了。

关键词：光敏电阻；光电传感器；光照强度；发光二级管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。

光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.4~0.76）μm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。

设计光控电路时，都用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。

（三）规格型号通常，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）内光敏电阻外形图和电路符号就激发出电子—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。

一般光敏电阻器结构图所示。

光敏结构图光敏电阻器通常由光敏层、玻璃基片（或树脂防潮膜）和电极等组成。

光敏电阻器在电路中用字母“R”或“RL”、“RG”表示光敏电阻常用硫化镉（CdS）制成。

它分为环氧树脂封装和金属封装两款，同属于导线型（DIP型），环氧树脂封装光敏电阻按陶瓷基板直径分为￠3mm、￠4mm、￠5mm、￠7mm、￠11mm、￠12mm、￠20mm、￠25mm 。

（四）参数特性根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：紫外光敏电阻器、红外光敏光敏电阻的实验图（五）工作原理光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。

目录第一章概述 (2)第一节课题背景与意义 (2)第二节课题设计要求与指标 (2)第二章系统方案选择与确定 (3)第一节硬件系统方案选择 (3)一、光照采集模块方案选择 (3)二、无线传输模块方案选择 (3)三、 LCD显示模块方案选择 (4)四、 MCU模块方案选择 (4)第二节软件系统方案选择 (4)第三章系统硬件设计与实现 (6)第一节采集端硬件设计 (6)一、光照采集模块设计 (7)二、ATmega16L最小系统模块设计 (8)三、无线传输模块设计 (9)第二节终端硬件设计 (10)一、LCD显示模块设计 (11)二、变压电路设计 (12)第四章系统软件设计与实现 (13)第一节程序整体设计 (13)第二节光照采集与AD转换程序设计 (13)第三节无线传输程序设计 (14)第四节LCD显示程序设计 (16)第五节程序下载 (17)第四章测试结果及讨论 (18)第一节LCD显示测试 (18)第二节光照采集与显示测试 (19)心得体会 (21)参考文献 (22)附录 (23)一、器件清单 (23)二、工具清单 (23)三、实物图 (24)四、程序代码 (24)第一章概述第一节课题背景与意义在现代农业和工业领域，经常需要对一些环境参数进行监测，以做出相应处理，确保设备和系统运行在最佳状态。

随着科技的发展，对环境参数监测系统的要求也越来越高；因此基于传感器、单片机和无线通信芯片设计出一种无线环境参数监测系统十分的重要。

光照强度是一个重要的环境参数，在工业和农业领域有着重要的应用，本课程设计介绍一种可以应用在许多领域的无线光照强度监测系统，实现对环境中的光照强度进行实时采集处理、无线传输与显示的功能。

本文的主要研究工作集中在光照强度监测系统的设计上，通过C语言编程对单片机进行控制，使单片机控制光照采集传感器、无线通信芯片和LCD，实现系统功能。

在本课题的基础上可以设计完成一个高速、方便、稳定的环境数据监测采集和传输系统，可以广泛应用于现代农业和工业领域。

合肥学院计算机科学与技术系微型计算机原理与接口技术课程设计报告2009～2010学年第一学期课程微型计算机原理与接口技术课程设计名称光照强度测量仪学生姓名周三平学号0604011017专业班级07计本（2）班指导教师张向东教授2010年1月1.题义分析及解决方案设计一个简易的光照强度测量仪，由光照强度产生的模拟电压信号转换为数字信号，然后转换为照度（单位是勒克斯）显示在LED上；校准照度测量器：在一定的光强度下，产生200数字量的电压，以此对应关系（照度—电压）将其它光强度转换为勒克斯值，显示在LED上。

1.1题义需求分析1.1.1 光照强度测量仪的概念通过使用某测量仪来测量某光照的强度，这种仪器就称为光照强度测量仪。

仪器使用时先将某待测光源直接照射在测量仪的光照接收口（实验中为光敏电阻表面），然后在测量仪的可视化界面（实验中为LED）中观察结果值。

光照强度的国际单位（SI）为勒克斯，又称米烛光。

1流明的光通量均匀分布在1平方米面积上的照度，就是一勒克斯。

可以标作勒［克斯］，简称勒。

英为lux，简作lx。

勒克斯是引出单位，由流明(lm)引出。

流明则由标准单位烛光(cd)引出。

1.1.2光照强度测量仪的工作原理测量仪主要根据光敏电阻的特性制作的。

光敏电阻值随受到的光照强度的变化而变化（光照强度越大，电阻值越小）。

将光敏电阻接入电路中，不同光照强度导致光敏电阻值变化，于是光敏电阻上的电压发生变化，导致电路的输出电压也相应变化。

根据电压-光照度函数关系，由电压计算得到光照强度值，然后以可视化界面形式输出，供用户查看结果。

1.1.3从计算机角度解决问题计算机通过PCI线与实验箱上的ES-PCI模块相连，充分利用实验箱上的各个模块完成，有：A3(片选)、B2(时钟)、B4(8255)、D3(光敏电阻)、G4(ADC0809)、G5(LED)以及ES-PCI。

通过导线正确连接好电路。

使用时光源直接照射在光敏电阻表面，结果（光照强度）显示在LED上。

重庆交通大学信息学院课程设计报告班级：2010级通信二班姓名：学号：设计项目名称：光线强度指示器实验所属课程：电子技术综合设计与制作实验室(中心)：现代电子实验中心指导教师：谭晋设计完成时间：2012 年7 月4 日教师评阅：□设计思路正确；□仿真结果正确可信；□设计成果符合要求；□设计报告规范；□设计过程原始记录（元件参数、原理图、计算等）符合要求；□设计分析总结全面；评分：一．设计思路与元件参数元件参数：定值电阻（5K、30K）光敏电阻(0-10M) 电压源（1V、12V）发光二级管（3个）设计思路：首先与光敏电阻串联一个电阻起到分压作用进而保护电路不发生损坏，电路原理主要是利用运算放大器正负极形成的电压差来使发光二极管导通发光。

光敏电阻感应到环境光信号将其转变为电信号，再经过运算放大器放大后送到下一级电路直至LED驱动电路。

当光照强度加强时，光敏电阻内阻变小，使运算放大器正负极形成压差传输到下一级电路，下级电路部分中的定值电阻R3、R4、R5、R6由于上级电路的影响所分得的电压不同，同理故造成U1B、U1C、U1D正负极同样形成压差使得发光二极管依次发光或熄灭。

设计电路图如下：二 . 有关元件介绍（一）LM324LM324器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器，与单电源应用场合的标准运算放大器相比较，它有一些显著优点。

该四放大器可以工作在低到3伏或者高到32伏的电压下，静态电流大致为MC1741的静态电流的五分之一，共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性，输出电压范围也包含负电源电压。

具有以下特性：1短路保护输出2真差动输入级3单电源工作4低输入偏置电流5每一封装四个放大器6内部补偿7共模范围扩展到负电源8行业标准引脚输出（二）光敏电阻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。

光线强弱报警器人们无论工作或学习，都需要有适当的照度，过强过弱的光线或明暗交替过快的光线，对人的眼睛都是不利的。

所谓适当的照度，一般以100～1000m烛光为宜。

为检验是否正常用光，就可用本文介绍的光线强弱报警器，这只报警器成本低、灵敏度较高，在光线过强或过弱时都会自动报警。

报警器电路原理图如下。

工作原理其核心元件为二端四与非门集成电路，其中YF1为非门，YF2为二端输入与非门，YF3、YF4构成了音频振荡器，它利用光电池作为传感器，当照度小于100m烛光时，硅光电池使A、B两端都产生高电平，A端经YFl 非门，输出低电平，YF2输出高电平，经YF3、YF4使陶瓷片发声；当照度大于100m烛光而小于1000m烛光，此时光电池B端为高电平，而A端产生低电平，经YFl非门，它的输出为高电平，YF2的输入全部为高电平，输出为低电平，所以陶瓷片无声，意即用光正常，当照度大于1000m烛光，此时硅光电池电流在A端、B端都产生低电平，而A端经YFl，输出为高电平，YF2的输出为高电平，使YD发声。

元器件选择与制作本电路中硅光电池采用20X20(mm)的一般硅光电池，CMOS电路采用两输入端四与非门电路C006等。

电源可用9V叠层电池。

调整时，应将A点调整在100m烛光上，将B点调整在1000m烛光上。

调节方法是：将装好的报警器放在100～1000m烛光照度下，调节RPl、RP2，使YF2与非门输出低电平。

其次，调节RPl将报警器放在小于100m烛光的照度下，使YF2输出高电平，大于100m烛光时，YF2输出低电平，最后调节RP2，将报警器放在大于1000m烛光时，使YF2输出高电平，而小于1000m烛光时输出低电平。

如调试过程中，反复调节RPl、RP2仍不能达到上述要求，一般需要换C006集成电路。

调试中有条件可用标准照度计，如没有标准照度计，也可用普通60W白炽灯泡大致估测。

灯泡距报警器lm时，照度为90m烛光，0.9m时约100m烛光；0.5m时约260m烛光；0.3m约730m烛光；0.15m时大于1000m 烛光。

重庆交通大学信息学院课程设计报告班级：姓名：学号：设计项目名称：光电强度显示器实验所属课程：电子技术综合设计与制作实验室(中心)：现代电子实验中心指导教师：设计完成时间： 2012 年 7 月 4 日教师评阅：□设计思路正确；□仿真结果正确可信；□设计成果符合要求；□设计报告规范；□设计过程原始记录（元件参数、原理图、计算等）符合要求；□设计分析总结全面；评分：一、设计思路与元件参数（一）、设计思路：1、自己设计四种以上不同的光照条件，测定不同光照条件下光照条件下的光电传感器电路：光敏电阻与一定值电阻串联；2、光电传感器输出的测量采用集成运算放大器lm324构成的反相闭环放大器的电路完成，完成至少四种以上不同光照条件下显示系统方案的论证和设计；4、光线强度指示器的电路组成方框图：分压电路部分→反相闭环放大器的电路部分→显示电路部分3、光线强度指示器的电路：4、完成算出系统中各个参数的计算；5、设计结束后，进行仿真调试与硬件测试；（二）元件参数二、有关元件介绍（一）光敏电阻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对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，再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。

光敏电阻简介：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（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1~10M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（0.4~0.76）μm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。