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光敏电阻范文1
【关键词】光敏电阻 热敏电阻 传感器 物理 应用
【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）10-0216-02
引言
电阻式传感器的原理是通过敏感电阻阻值的变化将被测量的物理量，常见的敏感电阻主要有热敏电阻、光敏电阻、压敏电阻、磁敏电阻和气敏电阻等，这些敏感电阻都可以被看做是变阻器。光敏电阻、热敏电阻等传感器在生活中的应用是高三物理的一个知识点，应该引起高三物理教学和学习的高度重视。
1.热敏电阻与光敏电阻介绍
1.1 热敏电阻
热敏电阻传感器通过电阻随温度变化的特征，用电阻的变化来反应温度的变化的装置。若导体的材料为金属材料，则温度和电阻之间呈现正相关的关系，而半导体材料的电阻变化却和温度变化呈非线性的负相关的关系。在温度变化相同的条件下，热敏电阻的阻值随温度的变化是铂热电阻的约10倍左右，所以当对精度要求较高时，应用热敏电阻代替铂热电阻来进行测量。热敏电阻具有很多较为突出的优点，如灵敏度高、体积小、热惯性小、工作寿命长、测量简便、价格低廉等。然而，热敏电阻的缺点也是十分明显的，比如热敏电阻的测量结果具有较大的非线性，稳定性及一致性也不理想，在应用热敏电阻进行测量的过程中通常需要外加补偿电路。
1.2 光敏电阻
光敏电阻的又称为光导管，其原理是基于光电效应，当没有光照时，光敏电阻的阻值较高，而当光敏电阻受到光照时，光敏电阻的电阻值降低，光照越强，电阻的阻值降低的越多，光照停止，阻值恢复。光敏电阻一般都是由半导体材料所制成的，其结构较为简单，在玻璃底板涂上一层半导体物质，在半导体物质的两端装上金属电极，将半导体和金属电极装入塑料封装体内。
2.热敏电阻与光敏电阻的应用
2.1 热敏电阻的应用
热敏电阻的阻值随着温度的变化而呈现阶段性的变化，可以把温度信号转化为电信号热敏电阻可以分为PTC热敏电阻和NTC热敏电阻两类，其中PTC热敏电阻的特点是电阻值与温度呈正相关关系，而NTC热敏电阻则恰恰相反，即电阻值与温度的变化呈现负相关的关系。其中PTC热敏电阻的用途主要有自动消磁PTC热敏电阻、延时启动热敏电阻、恒温加热热敏电阻、过流保护热敏电阻和过热保护热敏电阻。其中自动消磁用PTC热敏电阻通常用于电视剧的消磁电路中，延时启动PTC热敏电阻通常应用于空调冰箱制冷等电器的电路中，恒温加热PTC热敏电阻通常应用于热水器电路中，过流保护热敏电阻和过热保护热敏电阻主要应用于电子镇流器、电脑、电视等电路中。NTC热敏电阻按照用途的不同则主要分为功能型NTC热敏电阻、补偿型热敏电阻和测温型热敏电阻。总而言之，可以利用热敏电阻来对温度进行测量或者控制。热敏电阻在生活中的应用十分广泛，如电饭煲、电热水器、电熨斗、饮水机、空调、电冰箱、温度报警器、热熔胶枪等都应用了热敏电阻。
2.2 光敏电阻的应用
光敏电阻按照光谱特性可以分为三类，分别是可见光光敏电阻、紫外光光敏电阻和红外光光敏电阻。其中，可见光光敏电阻主要是应用在对于可见光进行自动控制的控制系统中，如光电跟踪系统，路标灯、航标灯、光控开关等都是对可见光光敏电阻进行的应用，另外可见光光敏传感器可以和声敏电阻传感器一起被用来作为声光控制开关。紫外光光敏系统由于对于紫外线的敏感度较高，所以一般通常被用来对紫外线进行探测，红外光敏电阻则主要应用于红外光谱、红外通信等方。
3.结语
本文结合高中物理相关知识，首先对热敏电阻传感器、光敏电阻传感器的工作原理、特点和优缺点等内容进行了阐述，在此基础上对热敏电阻和光敏电阻的用途进行了分析，研究结果表明，光敏电阻、热敏电阻等传感器主要应用于温度控制、稳压温度、温度补偿、各类加热器、开关电源、温度控制电路及开关保护电路等诸多方面，与人们的生活具有密不可分的关系。
参考文献
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光敏电阻范文2
关键词：民族地区 电脑农业 推广应用
“电脑农业”的全称是电脑农业专家系统推广应用工作，是当代信息技术在农业生产中的应用。在民族地区推广应用电脑农业是农业现代化的必然要求，是农业市场化的基石，是农科教结合的必然选择，是实施农业市场政策的必要手段。
一、电脑农业对民族地区农业发展的意义
电脑农业是智能化农业信息技术，是实现农业信息化的重要基础，大力推广应用电脑农业，就是在农业领域全面地发展和应用现代信息技术，使之渗透到农业生产、流通、消费以及农村社会、经济技术等各个具体环节，从而极大地提高农业效率和农业生产力水平。 实施电脑农业科技推广对民族地区农业经济的发展将产生巨大的推动作用和深远的影响，概括起来主要表现在以下四个方面：
第一，农村经济增长、农民持续增收。民族地区的农业生产通过电脑农业的推广，农业生产效益明显提高，农村经济稳步增长，农民收入不断增加，农村民生得到极大的改善，稳定了农村，优化了三农环境，化解了三农矛盾，农村全面建设小康社会的步伐明显加快。
第二，电脑农业科技推广为转变政府职能提供了切入点。电脑农业以电脑、专家系统、网络为载体，农民生产有疑问，点击鼠标就明白，通俗易懂、操作方便，大大提高了农业生产的效率和效益。电脑农业为政府转变领导经济工作方式找到了一个突破口和切入点。
第三，电脑农业为建设新农村创建了好“抓手”。随着电脑农业推广地区农民收入较快增加，特别是龙头企业带动所处乡村的工业化、城镇化的推进，使村风村貌明显改善。
第四，培育现代新型农民。电脑农业推广应用工作让农民得到了实惠，信息科技走进农家，农民学习科技知识，更新观念，运用专家科技系统指导生产，使高新科技服务于农业生产。
二、电脑农业建设过程中存在的问题与不足
1、资金投入少，使用效果差，政府的主导作用发挥不够。各个地方投资用于电脑农业建设的资金十分有限，远远不能满足“三农”对电脑农业科技信息的需要，从而严重制约了电脑农业信息流的合理流动和最佳配置。
2、电脑农业专家系统软件提档升级难度大、时间长。一个成熟的电脑农业专家系统，需要一至二年的实验、示范、推广的完善，需要农业专家、电脑专家的配合和努力，才能达到为当地农民提供科技咨询服务的良好效果。因此，专家系统软件二次开发的时间长，技术、资金投入大。
3、电脑农业信息网络体系建设发展不平衡。在条件较好的乡镇，建立了电脑农业科技信息服务站，而在经济条件较落后的乡镇，没有建立电脑农业科技信息服务站，农民收入水平低，根本不具备安装电话、购买电脑的经济实力，信息传播的“最后一公里”问题仍然是制约电脑农业发展的瓶颈。
4、电脑农业信息网络人才缺乏，电脑农业基础工作水平低。民族地区的农民受教育程度普遍不高，精通网络技术，熟悉农业经济运行规律的专业人才更是甚少，而且有些地方对电脑农业信息网络人才不够重视，投入经费少，加上培训机制的不完善，电脑农业信息网络人才相当缺乏。
三、提升民族地区电脑农业推广的对策
电脑农业推广普及工作需要一个较长的建设与发展过程。民族地区经济基础比较薄弱，农村社会发展的限制因素较多。为进一步加快电脑农业建设与发展步伐，在今后工作中要特别注意解决好以下七方面问题：
1、要坚持政府推动。坚持政府推动，是电脑农业推进新时期农业加快发展的一项重要战略措施，要坚持政府规划指导、组织领导、示范引导，使电脑农业建设更好更快的发展。
2、要坚持资源共享。信息资源包括信息技术、设施、人员和信息等。电脑农业建设与发展要充分利用涉农部门的组织网络、信息资源和气象系统、科研院校以及社会各种可用资源的有效配置组合，加快电脑农业信息服务网络建设。
3、要注重政策支持。面向农村的电脑农业推广工作本质上是公益性的，具有基础薄弱、覆盖面广、受益群体多、需求迫切等特点。
4、要探索多种服务模式。电脑农业科技服务最终是为促进农民增收、实现农村经济持续稳定发展服务的。要结合实际，根据不同区域经济社会发展状况，实施不同的推广辐射方案，要进一步完善“三喂书屋”、“电脑农业一点通”、“服务站模式”、“民族学校参与模式”、“协会模式”的基础设备和管理制度，使之成为电脑农业推广的主要运作模式和工作亮点。
5、要加强基层信息员队伍建设。加大培训力度，提高信息服务队伍的综合素质，提高基层信息服务人员的信息鉴别、分析、预测能力，对农民进行普及教育和培训，提高科技文化素质，培养信息化意识，引导农民对信息的消费。
6、要把电脑农业当作产业来发展。电脑农业是一项综合的、复杂的系统工程，不仅涉及到信息网络的建设，还可以带动硬件、软件开发建设，拉动农业信息服务的采集、加工、处理、分析以及中介服务、网上科技教育培训、网上农产品交易、定单农业、农用生产资料配送等一系列农业生产经营流通活动，从而使得将电脑农业当作产业来发展成为可能。
7、要坚持实现“五化”即：傻瓜化、标准化、纵深化、网络化、基地化。
一是傻瓜化。电脑农业信息系统最终要面向农村，指导农民进行生产，要到农业生产中加以应用才能转化为现实的生产力。
二是标准化。电脑农业标准化就是围绕电脑农业技术开发、电脑农业产品研制和电脑农业体系建设、运行与管理所进行的一系列标准化工作。
三是纵深化。电脑农业是推进农业信息化战略的一个很好的切入点和突破口，虽然电脑农业的应用取得了可喜的成果，但对实现农业信息化来说还有很大距离。随着农业信息化进程的推进，电脑农业的研究与应用要向更深更广的领域发展。
光敏电阻范文3
关键词：照明路灯；路灯控制器；光敏元件；光照强度；传感器
中图分类号：TK519 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）01-0041-02
1 方案论证
随着能源问题越来越引起人们的重视，节能已经成为生产应用中不可忽视的问题，路灯控制器主要用于安装在公共场所或道路两旁，通常能使路灯随日照光强度的变化而自动开启和关断，既满足行人的需要，更重要的是它能节电。本文了解了常用路灯控制的各种方法及各自的优缺点，通过相互的比较，确定设计方案，并对所用传感器进行选型，同时加以电路的设计与分析，达到设计目的。
2 电路设计
3 器件的选择
3.1 IC7812
电子产品中常见到的三端稳压集成电路有正电压输出的78××系列和负电压输出的79××系列。用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。
3.2 1N4002
几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。1N4002是一种整流二极管，它是利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉动直流电。
3.3 发光二极管
发光二极管的发光原理同样可以用PN结的能带结构来解释。发光二极管作为一种能发光的半导体固体发光元件，具有工作电压低、功耗小、体积小、效率高等优点，在现代照明技术中有着非常广泛的应用。因此在一些简易的光纤传感器的设计中，如果LED能够胜任，选用它作为光源即可大大降低整个传感器的成本。然而LED的发光机理决定了它存在着很多的不足，如输出功率小、发射角大、谱线宽、响应速度低等。因此，在一些需要功率高、调制速率快、单色性好的光源的传感器设计中，就不得不以提高成本为代价，选用其他更高性能的光源。
3.4 光敏电阻
光敏电阻的工作原理是内光电效应。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。
4 电路的分析
利用光照强度为传感器，目前最为常用且性价比较高的就是光敏电阻，利用其光线较强时，电阻值较低，而光线较暗时则电阻较大的特点，利用电桥，可将光线信号转换成电信号，再通过电压比较器等方式，可以有效地完成控制需要。这类设计中，只要能将光线信号取出，整个设计也便完成了大半，至于控制部分的设计，可采用继电器输出，这样就算驱动较大的路灯负载，只需再加接触器便可完成。在本系统的设计中，如何提高系统在光线临界状态的稳定性，是设计的难点所在。由于光敏电阻的电阻值变化是连续的，因此在靠近临界点时，容易造成不稳定，在设计中若能用运放电路来完成处理，则可将运放接成电压比较器的方式，这样可以完成较为精确的起控；若采用分立元件来处理，可以采用稳压管来稳定工作点，只有当分压大于稳压管的击穿电压时，电路才能起控。
5 结语
本设计中的声光控路灯控制器可以自动实现白天光线较暗和晚上遇到声响时，路灯自动点亮，从而实现人来灯亮，人走灯灭，既方便又实用，不仅节约了电能，而且能延长灯泡的使用寿命，可广泛应用于楼梯、走廊、卫生间及生活小区等公共场所的照明控制。此控制器经济实用，即使一般的脚步声也能使灯泡发光，照明效果很好。
参考文献
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光敏电阻范文4
关键词：Proteus；仿真；光电传感器；教学
作者简介：刘丹（1976-），男，湖南长沙人，湖南商务职业技术学院电信系，讲师。（湖南 长沙 410205）
基金项目：本文系高等职业学校专业骨干教师国家级培训项目电气自动化技术企业顶岗培训（项目编号：18122302）的研究成果。
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）30-0130-02
光电传感器是传感器与检测技术的一项重要内容，广泛应用于各种光控电路。光电传感器能够将光信号转换为电信号，利用一些特定材料的光电效应来实现对光信号的检测。由于是对光信号的检测，光电传感器在教学中搭建实物试验比较困难，内容显得较为抽象，有一定的教学难度，学生学习也有难度。笔者经过教学实践，利用计算机仿真技术，通过Proteus软件，搭建光电传感器虚拟实验，取得了较好的教学效果。
一、Proteus仿真教学简介
Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。使用Proteus 软件进行传感器及其检测电路设计是虚拟仿真技术和计算机多媒体技术相结合的综合运用，有利于培养学生的电路设计能力及仿真软件的操作能力；在教学实践中，通过使用 Proteus 软件对学生进行教学，在不需要硬件投入的条件下，学生普遍反映对传感器的学习比单纯学习书本知识更容易接受，更容易提高。实践证明，使用 Proteus进行系统仿真开发成功之后再进行实际制作能极大提高系统设计效率。
二、光电效应及光电器件的Proteus仿真
1.光电效应
光可以认为是一种能量传递的方式，它是由一定能量的粒子组成，这种粒子叫做光子。光的频率越高，光子的能量越大，用光照射物体，可以看做是光子对该物体的一系列撞击，物体的粒子接受光子的撞击后获得能量，产生的电效应就是光电效应。光电效应分为内光电效应和外光电效应。光照射在某一物体上，使电子从这些物体表面逸出的现象称为外光电现象，也叫做光电发射。当光照射于某一物体上，使物体的导电能力发生变化，这种现象叫做内光电效应，也叫做光电导现象。利用内光电效应可以制成光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管等光电转换器件，这些都是常见的光电传感器。
2.光电器件的Proteus仿真
利用光电效应可以制作出各种类型的光电转换器件，即光电传感器。常见的光电器件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池、光电管等。
（1）光敏电阻。光敏电阻是基于内光电效应的光敏传感器，当有光照射时，其电阻值降低；光照越强，阻值越小。其暗电阻一般为1MΩ，其亮电阻（当光照为10lX时）一般为几百欧姆到几千欧姆。光敏电阻一般是将半导体材料粉末烧结在陶瓷衬底上面，形成一层膜，用两个引线引出。有的在外部用防潮材料或者玻璃外壳将其密封，起到保护作用。按照光谱特性及其工作波长，光敏电阻可分为紫外光、红外光和可见光光敏电阻。通过Proteus提供的光电元件，搭建的光敏电阻电路如图1所示，可以通过调节图中模拟的灯照强度来仿真光照的强度，箭头向上调节是光照加强，向下调节是光照减弱。通过调节光照强度可以在LDR1中获得一个随光照变化的电流，加上电阻分压电路，就可以构成一个光电电阻的仿真模型。当光照强度越大时，电流越大，电阻越小。此电路中，电流经电阻转换成电压，光照越强，输出电压越大。
（2）光敏二极管和光敏三极管。光敏二极管是一种利用PN结的单向导电性的结型光敏传感器，与一般的二极管不同的是，PN结上装有透明的外壳，用来接受光照。光敏三极管与普通三极管一样，有PNP和NPN两种类型，有两个PN结，其中集电结具有光敏特性，相当于一个光敏二极管。在应用时，集电结反偏、发射结正偏，在光照的影响下可以等效看成是光敏二极管产生的光电流在三极管中进行放大，其光电流比光敏二极管的光电流要大很多，也就是光敏三极管的灵敏度比光敏二极管要高。光敏三极管常用的材料一般是硅，一般只引出集电结和发射结，外形和发光二极管相同。光敏三极管的Proteus仿真电路如图2所示，光敏三极管跟光敏二极管类似，一般只有E和C极，没有光照时暗电流非常小，有光照时，电流随着光照强度增大而增大。在本电路中，发光二极管与光敏三极管是成对出现的，通过RV1来调节发光二极管中的电流，从而达到模拟调节光照强度的目的。电流越大，说明光照越强。光敏三极管感受发光二极管中的光照强度变化，E极和C极间的电流随着光照强度进行相应变化，通过调节RV1就可以调节光敏三极管的输出电流。
三、光电传感器的应用仿真
光电传感器的应用非常广泛，直接影响被测对象的光量变化的参数都可以直接检测，而现实中引起光亮变化的因素有很多，可以是光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可以把其他被测的非电量参数转换成光量变化来进行检测，这些参数可以是零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度。光电传感器还可以应用于物体的形状、工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得了广泛应用。
上面已经搭建好了光敏电阻和光敏三极管两个光敏器件的仿真模型，利用这两个光敏器件再设计出适当的电路就可以制作出光敏传感器的应用电路。在实际教学中，通过分析两个光控电路实例可以加深对光敏传感器的理解，掌握被测参数怎样转换为电信号进行处理，对掌握光敏器件的使用、光电传感器的实际应用、掌握光控电路的设计方法都有很大的帮助，可以引导学生进一步设计和制作出光电传感器应用的实际产品。
1.光电报警电路
很多场合需要根据光照的实际情况实现不同控制，完成不同的工作。本实例是利用光敏电阻设计一个弱光报警电路，可以根据光线的强度发出报警信号。如图3所示，LDR1为光敏电阻，可以通过调节强、弱按钮来调节光照的强度，同时调节光敏电阻内电流的大小。LDR1、RV1、R1构成了光电测量电路，将光信号转换为电压信号。Q1、Q2组成的是开关电路，控制下一级自激振荡电路，Q3、Q4是自激振荡电路，输出脉冲信号。当光照较强时，光敏电阻内的电流较大，经过电阻RV1转换为电压后，输出的电压较小（电压与光照强度成反比），此时三极管Q1、Q2截止，Q3、Q4电路不工作。当光照变弱，输出的电压变大，在该电路中，电压约为2.1V，三极管Q1、Q2导通，Q3、Q4电路工作。Q3、Q4电路为自激振荡电路，电路工作时产生脉冲信号，如图4所示，此信号加载在扬声器上，发出“滴滴”的报警声音。这样就实现了光照较弱时自动报警的功能。
2.光电路灯控制电路
利用光敏三极管来实现路灯的控制，白天光线较强，路灯熄灭，晚上光照弱，路灯亮。该电路也可以采用光敏二极管来实现，光敏二极管和光敏三极管在应用上除了光电流不同之外，其应用的电路的结构基本是一样的。不管是光敏二极管还是光敏三极管都是将光信号转换成电流，其检测电路的设计应该是将电流转换成电压，利用电压来控制相应的电路，实现自动控制的目的。电路设计如图5所示，U1（OPTOCOUPLER-NPN）为光电耦合型NPN三极管模型，可以通过调节输入电流模拟光照强度的变化来控制光敏三极管的输出电流。RV1、U1组成光电检测电路，通过RV1来调节光电三极管的输入电流，模拟光照变化。U2（施密特非门40106）、三极管Q1构成开关电路，直流继电器LR1是驱动电路，作用是驱动路灯D2。
电路工作原理分析：在白天，光照较强，光敏三极管输出的电流较大，转换成电压后输出的电压比较高，经过40106这个施密特非门，变成低电平加在三极管的基极，此时三极管截止，路灯不亮。在晚上，光照较弱，光敏传感器输出地电压较低，经40106非门后变成高电平加在三极管基极，三极管导通，继电器线圈得电，路灯被点亮。
四、小结
光敏传感器是将光信号转换为电信号的器件，在实际教学中，实物实验搭建比较困难，学习内容抽象，不易理解。通过计算机仿真技术，用Proteus软件设计光电器件的模型，模拟其将光信号转换为电信号的过程，能够很好地理解光电传感器的性能及其工作原理。在两个实例电路的分析中，光电传感器的使用方法、光控电路的设计、电路参数的调节、变化规律都很直观。通过教学实践证明，在光电传感器的教学中采用Proteus仿真教学能够降低教学难度，提高学生的学习兴趣，教学效果有较大提高。
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光敏电阻范文5
关键词:节能;交通事故;自动调光;脉宽调制;BTS629
中图分类号:TP368.1文献标识码:B
文章编号:1004-373X(2009)10-156-02
Design and Implementation of Automatic Dimming Device Based on BTS629
YU Jindong,WU Li
(Guangdong Construction Vocational Institute,Guangzhou,510450,China)
Abstract:To achieve automatic dimming,giving a brief analysis of automatic dimming principle of BTS629 by using PWM technology to achieve continuous control for power on lamp or LED lighting,then using this IC chip to design an automatic adjustment device for light by adding a photosensitive resistance to it,and comparing voltage design calculation method for dimming through measuring the photosensitive resistance.The device can be widely used for lighting applications in buildings,streets,and mobiles,which can bring energy-saving effect significantly.
Keywords:energy-saving;traffic accident;automatic dimming;PWM;BTS629
0 引 言
在世界能源越来越匮乏的今天,节能显得尤为重要。如果建筑物内照明灯具、街道路灯、汽车行驶照明灯等照明系统,能够根据环境自然光照强度自动调节其功率,则将会带来巨大的节能效益。例如,当环境自然光强烈时减小灯具的功率;当光强较弱时增大其功率。然而,若依靠人工实现这种调节将会带来增加人力成本,调节滞后,不够精确灵敏等诸多不便。另外,在汽车灯光照明应用中,驾驶员在行驶中开关汽车行驶照明灯,容易使注意力分散而造成道路交通事故。为此,在建筑、街道、汽车等的照明系统中采用自动调光技术既能节约大量能源,又可以减少人力投入,快捷灵敏,尤其在汽车上得到应用可使驾驶员集中注意力,从而利于避免交通事故的发生。
1 BTS629集成IC的自动调光工作原理
BTS629是西门子公司研制生产的一款采用脉宽调制(PWM)技术对照明灯具及LED的功率进行连续控制的集成电路,具有欠压、过压自动停机,过载及温度超限自动保护,静电泄放(ESD)及射频干扰(RFI)最小化功能特点;控制应用电路简单容易操作,特别适合于灯光自动调节的应用需求。BTS629的自动调光应用原理框图如图1所示。
内部主要包括时钟发生器、脉宽比较器、逻辑电路、限流电路和电力场效应晶体管(P-MOSFET),辅助部分有过/欠压检测(Over/Under Voltage Detection)、过压保护(Overvoltage Protection)、温度检测和用于输出参考电压的电压调节模块。时钟波形序列和由IC外部提供的比较电压VC(PIN2脚)输入脉宽比较器,经过脉宽调制产生与输入比较电压VC保持同步变化的等幅不等宽脉冲序列,即PWM波。该PWM波与过/欠压检测和温度传感信号一起提供给逻辑控制电路,产生控制P-MOSFET门极导通与关断的开关信号。整个电路的工作过程是:当输入比较电压VC增大时,PWM波的占空比增大,每个开关周期管子的导通时间增加,主电路输出的平均电压增大;反之,主电路输出的平均电压减小;当发生欠/过压或过载温度升高时,由控制逻辑电路自动减小脉宽以保护电路[1]。
PWM调制技术基于采样控制理论的冲量等效原理:即冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时产生的效果相同,如图2所示。将图2(a)中正弦半波在时间上7等分,每一段记为TPWMi,则每一段正弦脉冲波形的冲量Ii(面积)各不相同,若在TPWMi段的中心处生成一个幅度相同的矩形脉冲,且使该等幅矩形脉冲序列符合2个条件:
(1) 其每个脉冲与对应的正弦分段脉冲的冲量Ii相等;
(2) 矩形脉冲序列足够高,以使得各个脉冲在TPWMi的中心处互不重叠,则可得到图2(b)所示的等幅矩形脉冲序列,该序列每个脉冲的周期均为TPWMW,而脉冲宽度各不相同。这种方法称为脉宽调制技术,该方法得到的脉冲系列称PWM波。那么根据冲量等效原理可知,该PWM波与正弦半波相同,若以此波的脉冲作为全控型开关管的门极控制信号则可方便地得到所需波形的功率形式。
如图3所示电路,以锯齿波和直流电压信号作为比较器的输入信号,经过比较输出PWM波,其脉冲序列的周期TPWMW与锯齿波的周期TSAW相等,而每个脉冲的宽度ton与直流电压信号的幅值Vin成正比;由于直流信号幅值Vin不变,所以所有的脉冲宽度ton亦保持不变,将宽度与周期的比值记为占空比D=ton/TPWMW,则有UO=DUIN。由此可见,若增大Vin,则D随之增大,从而电路输出电压UO亦增大。
图1中系统的开关周期TPWMW由时钟发生器电路产生的时钟波形周期决定,可通过PIN5 脚外接编程电容Ct进行设定,对于BTS629和BTS629A两种型号的Ct分别取47 nF和68 nF。该开关频率编程电容一旦选定,则TPWMW即可确定。从PIN7脚输出的电压UOUT由PIN2脚输入的比较电压VC决定,而PIN7的电流则基本保持不变,从而改变系统的输出功率P,以实现灯具调光作用。
2 基于集成IC BTS629的自动调光电路设计
在实际应用中,可根据控制应用的需求灵活选择PIN2脚比较电压VC的输入方式。为了实现自动调光功能,该设计中采用光敏电阻RO和固定电阻R1,并接在参考电压Vref(PIN3)脚和地之间,以光敏电阻的压降作为比较电压VC输入PIN2,如图1所示。光敏电阻是用光电导体制成的光电器件,又称光导管,其基于光电效应工作,没有极性,使用时等同于电阻器。工作原理是:当无光照射时,光敏电阻值(暗电流)很大,电路中电流很小;当光敏电阻受到一定波长范围的光照时,其电阻值(亮电流)急剧减少,因此电路中电流迅速增加。电路中Vref保持不变,这使得电阻R1上的电压降随着光照的强弱变化呈现正特性变化,则取自光敏电阻RO两端的比较电压VC随着光照的强弱变化呈现出负特性,即当光照度强烈时,RO电阻值减小,比较电压VC亦减小
;当光照度变弱时,RO电阻值增大,比较电压VC亦增大。由此可使由比较电压VC控制的输出电压UO随着光照的强弱变化亦呈现出负特性,从而控制照明灯具获得随光照强弱呈反向变化的功率以实现自动调光:即当光照度强烈时照明灯具功率降低,当光照度变弱时照明灯具功率增大[2-4]。
BTS629的工作电压(PIN4-GND)在5.5~16.9 V之间,负载电流(PIN4~PIN7)理论值最大为14 A,输出参考电压Vref=2.5 V,占空比变化范围在8%~98%之间。该设计中供电电源为直流12 V,则负载获得电压变化范围在0.96~11.76 V之间变化,也即当完全无光照射和自然光照射时分别输出0.96 V和11.76 V;而光敏电阻在无光照射和自然光照射时的阻值分别为100 kΩ和100 Ω。为了使VC在8%Vref~98%Vref范围内变化,确保D
3 结 语
利用BTS629构成的PWM自动功率连续控制电路可灵活构成自动调光装置,该装置可广泛应用于建筑、街道、汽车等照明应用场合,控制应用电路简单可靠,节能效果显著。
参考文献
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[2]宋吉江,牛轶霞.光敏电阻的特性及应用[J].微电子技术,2000,28(1):55-57.
[3]刘伟.传感器原理及实用技术\.北京:电子工业出版社,2006.
[4]黄贤武.传感器实际应用电路设计[M].成都:电子科技大学出版社,1997.
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[6]岩间克昭,陈大华.日本电光源的近况和发展趋势[J].灯与照明,2004,28(4):11-14.
光敏电阻范文6
摘 要：通过分析现阶段太阳能跟随器的特点，利用物联网技术将比较控制式跟随与时钟式跟随两种方式结合在一起，阐述了太阳能跟随器在沼光一体化系统中的工作原理和软硬件实现方案，并验证了此跟随器具有更高的可靠性和光电转换效率。
关键词：沼光一体化；太阳能跟随器；物联网；光敏电阻
中图分类号：TP391.8 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2013）08-0011-03
0 引 言
光伏发电技术是一种可再生能源技术，而光伏发电太阳能电池板的光电转换效率是人们一直关注的话题。本文以当前广泛研究的光伏发电技术在沼光一体化系统中的应用为对象，旨在研制一种构造简单、成本低、精度高、实用性强的太阳能跟随器，用以提高系统中原有太阳能电池板的太阳能转换效率。
1 太阳能跟随器在系统中的作用
沼光一体化供电系统的结构如图1所示，主要包括沼气池发电单元、太阳能发电单元、24 V直流蓄电池供电单元和物联网通信接口及主控单元等四个部分[1]。其中，太阳能发电单元的工作主要由光电转换装置即太阳能电池帆板完成，该部分配装了太阳能电池帆板的方位角和俯仰角控制装置，即太阳能跟随控制结构，配以本文所述的太阳能跟随器，从而在原有的基础上提高了该单元的光电转换效率。
2 太阳能跟随器的设计
2.1 太阳能跟随器的发展现状
现在用于太阳能跟随的装置种类比较多，按照其工作原理的不同，太阳能跟随器主要分为压差式太阳能跟随器、控放式太阳能跟随器、时钟式跟随器和比较控制式太阳能跟随器等。
2.1.1 压差式太阳能跟随器
压差式跟随器主要设计为密封方形容器，当入射太阳能发生偏斜时，密闭容器侧面受光面积不同，会产生压力差，在压力的作用下，使跟随器重新对准太阳。该类型跟随器精度较低，且受温度影响比较大。
2.1.2 控放式太阳能跟随器
控放式太阳能跟随器类似流沙计时装置，是在太阳能接收器的西侧放置一重物，作为在阳光接收器向西的转动力，并利用控放式自动跟随装置对此动力的释放加以控制，慢慢释放此转动力，使太阳能接收器向西随着时间做偏转运动。很明显该装置精度很低，且只能控制一个角度，局限性很大。
2.1.3 时钟式跟随器
时钟式跟随器采用定时法，由电控系统根据时间来控制装置的俯仰角度，控制精度较高。但是，由于电控系统的时钟误差会累积并不断增大，加上白昼时长等因素的影响，系统的跟随精度会下降，因而需要定期调整，操作不够便捷。
2.1.4 比较控制式太阳能跟随器
利用光敏电阻在光照射时阻值发生变化的原理，将四个完全相同的光敏电阻分别放置于太阳能接收器的四个方向上。装置跟随驱动电动机转动，保证东西两个光敏电阻上的光照强度相同即可完成跟随。该装置精度较好，电路简单，但是不能适应自然界中光线的变化，实际跟随效果不理想。
2.2 太阳能跟随系统的结构设计
本系统将太阳能电池板的跟随控制分为方位角和俯仰角两个测控单元。又考虑到系统采用的电池板及支架重量和刮风天气等因素的影响，本系统的电池板方位角控制采用大功率三相步进电机驱动，而俯仰角则采用两项交流液压泵控制驱动。系统俯仰角及方位角的控制结构如图2所示[2]。
2.3 系统跟随装置设计原理
图3所示是一个太阳跟随装置的原理示意图。该太阳能跟随装置设计为一个墨黑色方形盒子，顶部正中心开一小孔，小盒子内有两个环形排列的16个光敏电阻，其中心也放有一只光敏电阻，共计17只光敏电阻。系统电控单元通过多路复用AD转换的形式可以获取每个光敏电阻上的光强度，然后对比各电阻上的光强度，从而控制器可以进行响应的控制。
系统工作时，盒子上表面与太阳能电池板放置并保持平行，面向南方摆出约60°的仰角。在跟随太阳能的位置时，电池板和太阳的初始状态可能如图3（a）所示，太阳能穿过盒子上表面中心的小孔后照射在外环侧排列的光敏电阻上。系统电控单元将测得该电阻上及附近电阻受光强较大，通过比较和判断，该系统将逐步驱动系统的俯仰角和方位角做出调整，最终达到如图3（b）中所示的位置，从而达到电池板始终保持与太阳能垂直的效果，即实现了太阳能跟随的目的。
基于以上原理，本系统的太阳能跟随装置完全可以避免寒暑季节、气温、风速风向等外界因素的影响，只要是有太阳的天气，都能够精确地找寻到太阳的位置。
2.4 太阳能跟随系统主控电路设计
通过系统结构和设计原理分析，该装置需要测量17个AD量，并控制可以驱动大扭矩步进电机的驱动器及液压泵电磁阀。一般的主控芯片都没有多达17个的AD量采集接口，所以系统选择两个8路单端模拟量多路复用开关芯片MPC508，并通过STC12C5A60S2实现电路的驱动控制功能等。系统电路设计原理框图如图4所示。
2.4.1 方位角跟随机构
系统方位角步进电机选用三相步进电机3M2060，额定工作电压范围80～220 V，可以直接接到沼光一体化系统的沼气发电输出上，其工作力矩大，定位精度高。主控制芯片的三个I/O管脚分别连接三相电机驱动器2M2060的使能、方向、和驱动信号接线端，从而实现对太阳跟随器方位角的调整。而通过PB3控制固态继电器MGR-3 032 3810Z的通断可控制步进电机的工作，图5所示为方位角跟随控制电路原理框图。
2.4.2 俯仰角跟随机构
该机构通过交流液压泵实现太阳能跟随器系统的俯仰角控制功能，图6所示为系统俯仰角跟随控制电路原理框图。通过控制固态继电器的通断，可以驱动液压泵的正反转，进而控制俯仰角的变化。其中，交流电源跟方位角供电电源一样，均由沼光一体化系统自发电供应。
2.4.3 太阳能跟随器主控机构
图7所示为太阳能跟随器主控制器的PCB实物正面部分，可见该图包括光敏电阻阵列、方位角驱动接口、俯仰角驱动接口，其他功能电路略。
3 太阳能跟随器在互联网中的应用
首先，沼光一体化系统是基于物联网技术完成的，系统设计包括了有线通信及GSM远程控制测量反馈功能[3]，对于解决偏远山区或小型手工业工厂的供电问题具有深远意义。