利用光敏电阻实现火灾报警

院<部、中心） 电气信息项目学院 课程名称 电子技术制作 设计题目名称 光敏电阻火灾报警电路 组员姓名及学号白英萍 20180003

余安邦 20180039刘传明 20180022 专 业 信息项目 班 级 信息项目 起止时间

北方民族大学教务处制

目 录

第一章课程设计目的……………………………………………1 第二章方案设计与论证……………………………………………2 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

第四章 设计总结 …………………………………………………10

第五章 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。这是因为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。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。这是因为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。 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：

灭火联动 警示灯 控制器 现场工作状态，整定值

火灾探测火警按钮 器 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。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。因为不同材料的光敏，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。 第三章、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1 MΩ， 亮电阻为 0.2 MΩ(光照度 0.01 W/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 6 V，电流约为 6μΑ。V2管集电极电阻两端并联 68 μF的电容， 可以抑制 100 Hz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

因为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 1K 1个 三极管 2N3393 2个 2N3707 1个 电容 68U 2个 68n 1个 129uf 1个 4.7n 1个 3.9K 2个 5K 1个 32K 1个 120K 2个 150K 1个 820K 1个 3.9M 1个 发光二极管 LED-GREEN 1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。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。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