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1、题目 光控计数器 任务与要求利用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开始日期 2011 年 6 月 1 日 完成日期 2011 年 6 月 20 日光控计数器摘 要 文中研究了利用光敏二极管、光敏电阻的特性，与单片机组成了一个模拟图书馆出入人数统计并根据人数多少实现控制馆内照明灯是否工作的实验电路，实现了现实生活中的需要。关键词：光敏二极管，光敏电阻，光开关1 引言现代生活中，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
2、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。本次实现的是利用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 重要光电器件2.1 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
3、化而变化。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
4、部分电子挣脱共价键，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。 图1 光敏二极管 2.2 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
5、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，
6、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。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
7、穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。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。图2 光敏电阻3 工作电路部分3.1 主要器件 本次设计中主要用到的器件有AT89C52单片机、四位阳极数码显示管、光敏电阻、光敏二极管、发光二极管、74ls04非门、ua741电压比较器、若干电阻、晶振、三极管等。3.2 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
8、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数的多少。 图3-1 计数功能工作电路3.3 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
9、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。3.4 单片机程序部分ORG 0000HMOV P3,#07HMOV P2,#0C0HCLR P1.0INSER1:JNB P0.0,INSER2AJMP INSER1INSER2:JB P0.0,MAIN1AJMP INSER2INSER3: JNB P0.1,INSER4AJMP INSER3INSER4: JB P0.1,MAIN2AJMP INSER4MAIN1:INC R0SJMP MAIN3MAIN2: DEC R0S
10、JMP MAIN3MAIN3: MOV A,R0MOV B,#64HDIV ABJNZ MAIN5SETB P1.1MAIN4:MOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRSETB P3.2MOV P2,AACALL D1MSCLR P3.2MOV A,BMOV B,#0AHDIV ABMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRSETB P3.1MOV P2,AACALL D1MSCLR P3.1MOV A,BMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRSETB P3.0MOV P2,AACALL D1MSCLR P3.0JNB P0.0,INSER1JNB P0.1
11、,INSER3AJMP MAIN3MAIN5:JB P1.0,MAIN6AJMP MAIN4MAIN6:CLR P1.1AJMP MAIN4D1MS:MOV R7,#02HDL:MOV R6,#0FFHDL1:DJNZ R6,DL1DJNZ R7,DLRETTAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90HEND3.5 整体电路图3.6 实际电路计数演示3.7实际电路光控演示4 结束语随着光学的发展，生活中充满了许许多多的关于光产品，通过一个一个看似微小的光电器件，却可以组成一个方便人们生活需要的智能化系统，这正是光科技吸引人的地方。通过设计本次电路，我们了解了光敏二极管和光敏电阻的特性并懂得了如何加以利用，虽然工作的过程比较辛苦，很多时候都得不到自己想要的结果但从中我们认识了更多的知识。经历了这次实验，我们学会了如何将我们的知识运用到实际中去，从而更好改善我们生活，让生活过得更美好。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. 教师评语： 教师签名： 批改日期：
