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基于AVR单片机和光电传感器的点钞机软硬件设计

第6卷　第2期漯河职业技术学院学报

Vol .6No 12　2007年4月

Journal of Luohe Vocati onal Technol ogy College

Ap r 12007

收稿日期:2006-12-13

作者简介:朱　琥(1977-),男,湖北武汉人,武汉工程大学讲师。

基于AVR 单片机和光电传感器的

点钞机软硬件设计

朱　琥,苏文静

(武汉工程大学电气信息学院,湖北武汉430071)

摘要:从光电传感器的应用角度介绍一种点钞机的设计。该设计通过光电传感器将钞票计数转换

成脉冲信号,经处理后送至AVR 单片机,由单片机驱动设备工作。该设计经检验表明,具有操作方便、钞票计数准确、运行可靠、价格低廉、体积小、功耗小等特点。

关键词:光电传感器;AVR 单片机;点钞机

中图分类号:T N702 文献标识码:A 文章编号:1671-7864(2007)02-0010-02

目前点钞机的使用越来越广泛,不但是银行常用的设备,而且也逐渐成为现金流量较大的各企事业单位必备的办公设备。下面介绍一种基于AVR 单片机和光电传感器的点钞机设计。

1　硬件设计

根据点钞机点数的功能以及结构微型化、操作简便、经久耐用的要求,设计了以AVR 单片机为核心、辅以光电传感器等相关功能电路的硬件结构。1.1　钞票计数信号采集系统

准确采集钞票数目是检测器计数的关键,必须保证钞票数目不能遗漏,为此点钞机的计数器采用非接触式红外光电检测技术,

具有结构简单、精度高和响应速度快等优点。

如图1所示,点钞机的计数传感器采用两组红外光电传感器。每一个传感器由一个红外发光二极管和一个接收红外光的光敏三极管组成,两者之间留有适当距离,当无钞票通过时,接收管受光照而导通,输出为0。当有钞票通过瞬间,挡住红外光,接收管光通量不足,输出为1。钞票通过后,接收管又接收到红外光导通。这样就在该部分电路输出端产生一个脉冲信号,这些信号经后续电路整形放大后输入单片机,单片机驱动执行电机,并相应完成计数和显示。点钞机之所以采用两组光电传感器,是为

了检测纸币的完整性,避免残币被计入。

图1　红外光电传感器

1.2　信号处理电路

从光电传感器得到的信号需要经过处理传输到

单片机,来驱动设备。该电路主要分为三部分。1.2.1　放大部分信号放大主要利用运放的高放大倍数来实现,但放大的同时又十分容易产生自激振荡,所以应采取措施来抑制电路噪声。首先在运放输入端采用差动输入以及加接二阶带通滤波,以便滤除信号干扰和电源纹波;其次采用一点接地,尽量避免公共地线流过大的冲击电流或激变电流;最后合理选择电源的旁路电容,抑制电机电源电压的波动和瞬时变化带来的干扰。1.2.2　整形部分

利用带施密特触发器的反相器在状态转换过程

第2期朱　琥等:基于AVR 单片机和光电传感器的点钞机软硬件设计11

　中的正反馈作用,可以得到比较理想的矩形脉冲波形,取得满意的整形效果。具体电路如图2所示

。

图2　整形及放大电路

1.2.3　比较环节

在点钞过程中,为了检测残币,设计了比较环节,该环节采用两组收发光管。根据我国银行残币

规定办法,设置好两组收发光管的间距,当不符合要求的残币通过时,只能遮住一组收发光管,这样两组收发光管的输出信号将出现差值,通过比较器检测出此差异,送入AVR 单片机,并作出判断,以保证计钞准确。

1.3　AVR 单片机

单片机是点钞机控制的核心,本系统选用了AT ME L 公司的AVR 单片机AT mega128。其特点是性能可靠、低功耗、简洁实用、功能齐全、处理功能强大(先进的R I SC 结构)。整个系统由单片机、执行电机、液晶显示、按键、信号采集以及故障指示、报警等功能单元。由AVR 单片机为核心的整体框图如图3所示

。

图3　整机电路框图

2　软件设计

本软件的主要任务是点钞机的自动点钞,采集

钞票信号,将钞票数予以计数显示。由于钞票信号是一个随机量,单片机要实时准确地捕捉到此信号应选择外部中断方式,为确保定时精度,采用0.5m s 定时中断,主程序在清屏后即开始循环调显示子程序,一旦发现有钞票计数信号,则进入外部中断,然后对信号进行相应处理,得到欲显示的数据。

本软件为保证机器计数的准确性,避免在计数信

号采集中可能出现连张和夹心等现象,采取了一些相应措施。当钞票连张通过光电传感器时,容易漏判钞票,产生偏差,但是连张钞票遮挡红外光的时间比正常时间长,这样输出的计数脉冲信号脉宽大于正常值,所以在软件设计中加入比较脉宽判断,发出信号驱动蜂鸣器,给出警告信号。当出现夹心时,由于双张钞票的透光性小于单张钞票,这时三极管发射极输出暗电流小于正常值,所以脉冲的低电平值会降低,通过比较判断,发出警告。主程序框图如图4

所示。

图4　主程序框图

3　结论

本设计以AVR 单片机为核心,通过光电传感器

来检测钞票的计数情况进而实现钞票数目的累计,最后用液晶及外部显示部分直观地将钞票数显示给用户,并且在出现异常时可自动向用户报警。随着商业经济的发展及财务自动化的要求,该设计具有良好的市场前景。

参考文献:

[1]米伟哲,曾薄文.点钞机自动控制设计中信号的选取和采集[J ].中国仪器仪表,2006,(9):65-671[2]秦曾煌.电工学(下)[M ].北京:高等教育出版社,20041

[3]丁化成,耿德根,李君凯.AVR 单片机应用设计[M ].北京:北航出版社,20021

[责任编辑　吴保奎]

基于51单片机的红外反射式光电传感器测速机的简易设计

光电传感器——基于红外反射式的测速机

引言在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合。转速是电动机极为重要的一个状态参数,在很多运动系统的测控中,都需要对电机的转速进行测量,不论是直流调速系统还是交流调速系统,只有转速的高精度检测才能得到高精度的控制系统。迄今为止,测速可分为两类:模拟电路测速和数字电路测速。随着微电子技术的发展,计算机技术的广泛应用,出现了以计算机为核心的数字测速装置。这样的速度测量装置测量范围宽、工作方式灵活多变、适应面广,具有普通数字测速装置不可比拟的快速性、精确性和优越性。一：设计思路用一个红外发光二极管和一个接受红外光的二极管组成一套光电管。当检测到物表面为黑色时，反射光很弱，接收端检测到的光线可以忽略，使接收端呈现一种状态，例如开关管截止；当被检测物表面为白色时，反射光强烈，发射端发射的红外线被接收端全部接收，使接收端呈现另一种相反的状态，例如开关管开通。这两种相反的状态表现在电路中，就是高低电平组成的脉冲信号。由此，我想到用一个比较器来比较两种接受到的信号，从而输出“0”“1”两种高低电平，并把两种信号传给单片机进行统计，然后利用设定算法进行计算，最后通过数码显示管显示计算结果。二：所需模块本测速系统共有两个模块构成，一个为光电传感器部分，用于接收光信号并转换为电信号，即高低电平信号；另一个为单片机部分，用于接收高低电平信号并通过内部计算，然后再通过数码显示管显示测出的结果。（一）光电传感器部分（1）LM339工作原理及管脚图： LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端中的一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入

光电传感器在生活中的应用-

光电传感器在生活中的应用 ——CCD图像传感器摘要：在科学技术高速发展的现代社会中，人类已经入瞬息万变的信息时代，人们在日常生活，生产过程中，主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输，来实现制动控制，自动调节，目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。由于微电子技术，光电半导体技术，光导纤维技术以及光栅技术的发展，使得光电传感器的应用与日俱增。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单,形式灵活多样等优点，在自动检测技术中得到了广泛应用，它一种是以光电效应为理论基础，由光电材料构成的器件。光电传感器由于反应速度快，能实现非接触测量，而且精度高、分辨力高、可靠性好，加之半导体光敏器件具有体积小、重量轻、功耗低、便于集成等优点，因而广泛应用于军事、宇航、通信、检测与工业自动化控制等多种领域中。当前，世界上光电传感领域的发展可分为两大方向：原理性研究与应用开发。随着光电技术的日趋成熟，对光电传感器实用化的开发成为整个领域发展的热点和关键。关键字：光电传感器；CCD图像传感器正文一、CCD的工作方式 ?CCD和传统底片相比，CCD 更接近于人眼对视觉的工作方式。只不过，人眼的视网膜是由负责光强度感应的杆细胞和色彩感应的锥细胞，分工合作组成视觉感应。 CCD经过长达35年的发展，大致的形状和运作方式都已经定型。 CCD 的组成主要是由一个类似马赛克的网格、聚光镜片以及垫于最底下的电子线路矩阵所组成。 ?CCD(Charge Coupled Devices，CCD)由大量独立光敏元件组成，每个光敏元件也叫—个像素。这些光敏元件通常是按矩阵排列的，光线透过镜头照射到光电二极管上，并被转换成电荷。每个元件上的电荷量取决于它所受到的光照强度，图像光信号转换为电信号。当CCD工作时，CCD将各个像素的信息经过模傲转换器处理后变成数字信号，数字信号以一一定格式压缩后存入缓存内，然后图像数据根据不间的需要以数字信号和视频信号的方式输出。

光电传感器论文

光电传感器物理与电子工程学院电子信息科学与技术（应用技术）2011级李俊学号20110520164 指导老师伊斯刚摘要：由于微电子技术，光电半导体技术，光导纤维技术以及光栅技术的发展，使得光电传感器的应用与日俱增。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单,形式灵活多样等优点，在自动检测技术中得到了广泛应用，它一种是以光电效应为理论基础，由光电材料构成的器件。关键字：光电效应；光电元件；光电特性；传感器应用 1 理论基础——光电效应光电效应一般有外光电效应、光导效应、光生伏特效应。光照在照在光电材料上，材料表面的电子吸收的能量，若电子吸收的能量足够大是，电子会克服束缚脱离材料表面而进入外界空间，从而改变光电子材料的导电性，这种现象成为外光电效应根据爱因斯坦的光电子效应，光子是运动着的粒子流，每种光子的能量为hv(v为光波频率，h为普朗克常数，h＝6.63*10-34 J/HZ)，由此可见不同频率的光子具有不同的能量，光波频率越高，光子能量越大。假设光子的全部能量交给光子，电子能量将会增加，增加的能量一部分用于克服正离子的束缚，另一部分转换成电子能量。根据能量守恒定律：1/2mv2=hv-A 式中，m为电子质量,v为电子逸出的初速度,A微电子所做的功。 2 光电元件及特性 2.1 光电管光电管的种类繁多，典型的产品有真空光电管和充气光电管,外形成半圆筒形金属片制成的阴极K和位于阴极轴心的金属丝制成的阳极A封装在抽成真空的

玻壳内，当入射光照射在阴极上时，单个光子就把它的全部能量传递给阴极材料中的一个自由电子，从而使自由电子的能量增加h。当电子获得的能量大于阴极材料的逸出功A时，它就可以克服金属表面束缚而逸出，形成电子发射。这种电子称为光电子，光电子逸出金属表面后的初始动能为1/2mv2 光电管正常工作时，阳极电位高于阴极。在人射光频率大于“红限”的前提下，从阴极表面逸出的光电子被具有正电位的阳极所吸引，在光电管内形成空间电子流，称为光电流。此时若光强增大，轰击阴极的光子数增多，单位时间内发射的光电子数也就增多，光电流变大。光电管的光电特性如图1所示，从图中可知，在光通量不太大时，光电特性基本是一条直线。图1光电管的光 2.2 光电倍增管由于真空光电管的灵敏度低，因此人们研制了具有放大光电流能力的光电倍增管。光电倍增管也有一个阴极K和一个阳极A，与光电管不同的是在它的阴极和阳极间设置了若干个二次发射电极，D1、D2、D3…它们称为第一倍增电极、第二倍增电极、…，倍增电极通常为10～15级。光电倍增管工作时，相邻电极之间保持一定电位差，其中阴极电位最低，各倍增电极电位逐级升高，阳极电位最高。当入射光照射阴极K时，从阴极逸出的光电子被第一倍增电极D1加速，以高速轰击D1 ，引起二次电子发射，一个入射的光电子可以产生多个二次电子，D1发射出的二次电子又被D1、D2问的电场加速，射向D2并再次产生二次电子发射……，这样逐级产生的二次电子发射，使电子数量迅速增加，这些电子最后到达阳极，形成较大的阳极电流。若倍增电极有n级，各级的倍增率为σ，则光电倍增管的倍增率可以认为是σN ，因此，光电倍增管有极高的灵敏度。在输出电流小于1mA的情况下，它的光电特性在很宽的范围内具有良好的线性关系。光电倍增管的这个特点，使它多用于微光测量。

基于光电传感器的直流电机转速测量系统设计-课设报告

北京信息科技大学测控综合实践课程设计报告题目：基于光电传感器的直流电机转速测量系统设计学院：仪器科学与光电工程学院专业：测控技术与仪器学生姓名：

摘要摘要基于单片机的转速测量方法较多，本次设计主要针对于光电传感器测量直流电机转速的原理进行简单介绍，并说明它是如何对电机转速进行测量的。通过实验得到结果并进行了数据分析。本次设计应用了STC89C52RC单片机，采用光电传感器测量电机转速的方法，其中硬件系统包括脉冲信号的产生模块、脉冲信号的处理模块和转速的显示模块三个模块，采用C语言编程，结果表明该方法具有简单、精度高、稳定性好的优点。关键词：直流电机；单片机；PWM调节；光电传感器

Abstract

目录摘要................................................................................................I 第一章概述 (1) 1.1 课设目标 (1) 1.2 内容 (1) 第二章系统设计原理 (2) 2.1 STC89C52单片机介绍 (2) 2.2 STC89C52定时计数器 (4) 2.3 STC89C52中断控制 (6) 2.4 光电传感器 (6) 2.5 数码管介绍 (7) 第三章硬件系统设计 (10) 3.1测速信号采集及其处理 (10) 3.2 单片机处理电路设计 (11) 3.3 显示电路 (12) 3.4 PWM驱动电路 (13) 第四章软件设计 (14) 4.1语言选用 (14) 4.2程序设计流程图 (14) 4.3原程序代码 (15) 第五章数据分析 (19) 总结 (20) 附件 (21) 参考文献 (23)

光电传感器的设计

光电传感器的设计-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

光电传感器的设计题目：光电传感器的设计院（系）：信息工程学院专业：光电信息科学与工程姓名：褚飞亚学号： 20 指导教师：张洋洋 2016年6月27号

摘要随着信息技术的迅猛发展，传感器的应用技术也在飞速发展，新的应用技术呈现出爆炸式的发展。传感器作为作为测控系统中对象信息的入口，作为捕获信息的主要工具，在现代化事业中的重要性已被人们所认识。光电传感器的应用技术为信息科学的一个分支，俗称“电眼”。它是将传统光学技术与现代微电子技术以及计算机技术机密结合的纽带，是获取光信息或借助光提取其他信息的重要手段。现如今汽车成为大多数人必不可少的东西。经常开车的朋友们，应该都有过这样的苦恼每次开车到了单位或者小区大门口都要等门卫来开门或者等其按动电动门的开关,既费时间又费人力,如果巧妙地利用光电传感器就可以实现光控大门。所以借此次课程设计来设计一个光控大门，即把光敏电阻装在大门上并且在汽车灯光能照到的地方,把带动大门的电动机接在干簧管的电路中,那么夜间汽车开到大门前,灯光照射到光敏电阻时,干簧继电器就可以自动接通电动机电路,电动机就能带动大门打开。这样就解决了上述的问题。

目录 1、设计要求...............................................错误!未定义书签。功能与用途 ............................................................................................. 错误!未定义书签。指标要求 ................................................................................................. 错误!未定义书签。 2、光电传感器介绍及工作原理 ...............错误!未定义书签。、光电传感器 ......................................................................................... 错误!未定义书签。工作原理 ................................................................................................. 错误!未定义书签。 3、方案设计...............................................错误!未定义书签。 4、元件选择和电路设计 ...........................错误!未定义书签。元件选择 ................................................................................................. 错误!未定义书签。电路设计 ................................................................................................. 错误!未定义书签。 5、总结.......................................................错误!未定义书签。参考文献.....................................................错误!未定义书签。

光电传感器转速测量系统设计讲解

专业课程设计题目光电传感器的转速测量设计院系：自动化学院专业班级：小组成员：指导教师：日期：2012年10月8---2012年10月19

一．课程设计描述采用单片机、uln2003为主要器件，设计步进电机调速系统，实现电机速度开环可调。二．课程设计具体要求 1、通过按键选择速度； 2、转速测量显示范围为0~9999转/秒。 3、检测并显示各档速度。三．主要元器件实验板（中号） 1个步进电机 1个 STC89C52 1个电容（30pF、10uF）各1个数码管（共阳、四位一体）1个晶振（12MHz） 1个小按键 4个 ULN2003 1个电阻若干发光二极管 1个三极管（NPN） 4个排阻 1个四．原理阐述 4.1系统简述按照题给要求，我们最终设计了如下的解决方案：用户通过键盘键入控制指令（开关），微控制器在收到指令后改变输出的PWM 波，最终在ULN2003的驱动下电机转速发生改变。通过ST151传感器测量电机扇叶的旋转情况，将转速显示在数码管上。在程序主循环中实现按键扫描与转速显示，将定时器0作为计数器，计数ST151产生的下降沿，可算出转速，并送至数码管显示。设计思路：（1）利用光电开关管做电机转速的信号拾取元件，在电机的转轴上安装一个圆盘，在圆盘上挖1小洞，小洞上下分别对应着光发射和光接受开关，圆盘转动一圈即光电管导通1次，利用此信号做为脉冲计数所需。（2）对光电开关信号整流放大。（3）脉冲经过单片机内部的计数器和定时器进行计数和定时。（4）显示电路采用单片机动态显示。

4.2转速测量原理在此采用频率测量法，其测量原理为，在固定的测量时间内，计取转速传感器产生的脉冲个数，从而算出实际转速。设固定的测量时间为Tc（min），计数器计取的脉冲个数m，假定脉冲发生器每转输出p个脉冲，对应被测转速为N （r/min），则f=pN/60Hz；另在测量时间Tc内，计取转速传感器输出的脉冲个数m应为 m=Tcf ，所以，当测得m值时，就可算出实际转速值[1]： N=60m/pTc (r/min) （1） 4.3转速测量系统组成框图系统由信号预处理电路、单片机STC 89C51、系统化LED显示模块、串口数据存储电路和系统软件组成。其中信号预处理电路包含信号放大、波形变换和波形整形。对待测信号进行放大的目的是降低对待测信号的幅度要求；波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机匹配的TTL信号；通过对单片机的编程设置可使内部定时器T0对输入脉冲进行计数，这样就能精确地算出加到T0引脚的单位时间内检测到的脉冲数；设计中转速显示部分采用价格低廉且使用方便的LED模块，通过相关计算方法计算得到的转速通过I2C总线放到E2PROM存储，既节省了所需单片机的口线和外围器件，同时也简化了显示部分的软件编程。系统的原理框图如图2.1所示。图2.1 系统的原理框图五．系统硬件电路的设计系统硬件部分包含输入模块、显示模块、控制模块、测速模块等。在硬件搭建前，先通过Proteus Pro 7.5进行硬件仿真实现。 5.1脉冲产生电路设计

传感器原理与应用习题第8章光电式传感器

传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》习题集与部分参考答案教材：传感器技术（第 3 版）贾伯年主编，及其他参考书第8 章光电式传感器 8-1 简述光电式传感器的特点和应用场合，用方框图表示光电式传感器的组成。 8-2 何谓外光电效应、光电导效应和光生伏特效应？答：外光电效应：在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象。光电导效应：在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，而引起材料电导率的变化的现象。光生伏特效应：在光线作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象。 8-3 试比较光电池、光敏晶体管、光敏电阻及光电倍增管在使用性能上的差别。答：光电池：光电池是利用光生伏特效应把光直接转变成电能的器件。它有较大面积的PN 结，当光照射在PN 结上时，在结的两端出现电动势。当光照到PN 结区时，如果光子能量足够大，将在结区附近激发出电子-空穴对，在N 区聚积负电荷，P 区聚积正电荷，这样N 区和P 区之间出现电位差。 8-4 通常用哪些主要特性来表征光电器件的性能？它们对正确选用器件有什么作用？ 8-5 怎样根据光照特性和光谱特性来选择光敏元件？试举例说明。答：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，一般在自动控制系统中用作光电开关。光谱特性与光敏电阻的材料有关，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。 8-6 简述CCD 图像传感器的工作原理及应用。 8-7 何谓PSD ？简述其工作原理及应用。 8-8 说明半导体色敏传感器的工作原理及其待深入研究的问题。 8-9 试指出光电转换电路中减小温度、光源亮度及背景光等因素变动引起输出信号漂移应采取的措施。 8-10 简述光电传感器的主要形式及其应用。答：模拟式（透射式、反射式、遮光式、辐射式）、开关式。应用：光电式数字转速表、光电式物位传感器、视觉传感器、细丝类物件的在线检测。 8-11 举出你熟悉的光电传感器应用实例，画出原理结构图并简单说明原理。 8-12 试说明图8-33（b）所示光电式数字测速仪的工作原理。（1 ）若采用红外发光器件为光源，虽看不见灯亮，电路却能正常工作，为什么？（ 2 ）当改用小白炽灯作光源后，却不能正常工作，试分析原因。

光电传感器及应用教案.

学习情境（项目）5授课说明学习领域名称：家电传感器应用授课教师：课程总学时： 72 项目5：节能灯与光电传感器学时数： 16 累计学时： 48 授课时间安排与执行记录授课班级智能家电授课地点授课日期资讯7 10月6日1-4 节家电产品控制实训室计划0.5 10月9日1-4 节家电产品控制实训室决策0.5 家电产品控制实训室实施 6 家电产品控制实训室检查 1 家电产品控制实训室评估 1 家电产品控制实训室参考资料PPT、网络资源、节能灯控制电路教学方法宏观：引导文法微观：见下教学目标知识目标： 1.光电式传感器的分类及工作原理 2.光电式传感器特性 3.红外热释电传感器的分类及工作原理 4.红外热释电传感器特性 5.菲尼尔透镜工作原理及作用技能目标： 6.测量电路构成； 7.光敏电阻在节能灯智能控制中的作用 8.红外热释电传感器实际应用中的安装 9.光敏与红外热释电在节能灯控制策略中的实施态度目标： 10.培养学生的沟通能力及团队协作精神 11.养成良好的职业道德 12.提高质量、成本、安全、环保意识重点： 13.红外热释电传感器特性 1.测量电路 2.光敏电阻的选用与电路设计 3.光敏与红外热释电在节能灯控制策略中的实施难点： 1.各类光电式传感器的工作原理 2.光电式传感器的特性 3.菲尼尔透镜工作原理及作用资讯：7学时（注：1学时=45 min，下同）教学提纲主要内容教学资源及工具教学方法参考时间备注 1．目标描述下发设计任务书，描述项目学习目标实物展示、PPT 设计任务书讲授法演示法 15 min 下发引导文 2．布置任务1）交代项目任务 2）发放相关学习资料 PPT 讲授法演示法 15 min

光电传感器应用

浙江工业职业技术学院

消除或削弱背景光及温度等因素的影响。二、应用举例 1．光电比色温度计（光源本身是被测物）（1）问题的提出：高温测量，物体辐射出的光波与温度有关。（2）原理：根据热辐射定律，使用光电池进行非接触测温。根据有关的辐射定律，物体在两个特定波长λ1、λ2上的辐射程度 Iλ1、Iλ2之比与该物体的温度成指数关系。 Iλ1/Iλ2=K1e-K2/T 由光路图及电路原理框图介绍其原理，注意参比信号。2．光电式烟尘浓度计（透射式）（1）问题的提出：为了控制和减少烟尘的排放量和节能的要求，对烟尘的监测是必须的。（2）通过光路及电路原理框图介绍其原理，注意参比信号，由于两个通道结构完全一样，所以在最后运算U1/U2值时，上述误差可自动抵消，减小了测量误差。 3．光电式转速表（反射式）（1）问题的提出：由于机械式转速表和接触式电子转速表精度不高，且影响被测物的运转状态，已不能满足自动化的要求。光电式转速计可用于测量高转速而又不影响被测物；（2）通过光路及电路原理框图介绍其原理： a）选用光电二极管（响应时间短）用于高频调制信号测量；

b）数字量测量，不用参比信号。 4．光电式边缘位置检测器（遮挡式）（1）问题的提出：光电式边缘位置检测器是用来检测带型材料在生产过程中偏离正确位置的大小及方向，从而为纠偏控制电路提供纠偏信号。（2）通过光路及转换电路介绍其原理： a）光路一半遮挡一半透过； b）桥路及运算放大器组成，接入参比光敏电阻； c）光敏电阻一般不能作模拟量测量，这里限用于控制。三、总结以上各例使学生建立光路系统与电路结合的概念，并能举一反三、灵活应用。小结： 1、光电式传感器的应用类型 2、应用举例

光电传感器课程设计汇编

光电传感器在光控大门中的应用 2014年11 月9 日

目录摘要一、设计要求 (1) 二、光电传感器介绍及工作原理 (1) 三、方案设计 (3) 四、元件选择及电路设计 (4) 五、总结 (5) 参考文献

一、设计要求 1、功能与用途光电传感器是将光通量转化为电量的一种传感器。光电式传感器的基础是光电转换元件的光电效应。由于光电测灵活多样，可测参数众多，一般情况下具有非接触、高精度、高分辨率、高可靠性和反应快等特点，加之激光电源、光栅、光学码盘、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器的内容极其丰富，在检测和控制领域获得了广泛的应用。例如家用电视机的遥控器，太阳能的发电、电梯的安全光幕，火焰探测报警器等多个方面。 2、指标要求利用光电转换元件的光电效应将光信息转变为电信息，同时利用变电流生磁特性，从而达到控制相应电路的目的。二、光电传感器介绍及工作原理 1、光电传感器光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器.它首先把被测量的变化转换成光信号的变化,然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号.光电传感器一般由光源,光学通路和光电元件三部分组成.光电检测方法具有精度高,反应快,非接触等优点,而且可测参数多,传感器的结构简单,形式灵活多样,它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、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广泛应用。 2、工作原理由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的，按光电元件输出量性质可分二类，即模拟式光电传感器和脉冲式光电传感器。模拟式光电传感器是将被测量转换成连续变化的光电流，它与被测量间呈单值关系。模拟式光电传感器按被测量(检测目标物体)方法可分为透射式，漫反射式，遮光式三大类。所谓透射式是指被测物体放在光路中,恒光源发出的光能量穿过被测物，部份被吸收后，透射光投射到光电元件上；所谓漫反射式是指恒光源发出的光投射到被测物上,再从被测物体表面反射后投射到光电元件上；所谓遮光式是指当光源发出的光通量经被测物光遮其中一部份,使投射刭光电元件上的光通量改变,改变的程度与被测物体在光路位置

智能光电传感器的设计

智能光电传感器的设计大庆石油学院电子科学学院　苑永强　王立刚 [摘　要]智能传感器越来越得到重视,高精度、高智能化将是传感器发展的必然趋势。因此,我们设计了一种可靠性高、稳定性好,而且具备数据处理能力,并能够自检、自校、自补偿等功能的智能光电传感器。[关键词]O PT 101　自补偿　D S 18B 20 1、引言随着激光技术在医疗卫生、精细加工、科学研究等领域的广泛应用,对微弱的光信号进行高精度、高可靠性检测变得更加重要。为了能够实现要求,我们将结合现代智能传感器的发展,设计了一种智能光电传感器。从结构上来讲,智能传感器是由经典传感器和微处理器单元构成,下面给出了典型的智能传感器系统框图,其中有信号预处理和模数转换接口,微处理器以及D A 转换及驱动电路的输出接口。本设计系统将结合智能传感器的设计思想,设计了一种能实现零点校正、增益可调、增益自补偿等功能的光电传感器,同时本系统采用数字温度传感器D S 18B 20对温度进行测量,实现温度自补偿功能,通过软件设计最终能够实现系统自检、自校正、线性补偿等功能。 2、电路设计 2.1前置光电探测器设计光电二极管由于响应快、灵敏度高、性能稳定、测量线性好、噪声低而被广泛用于光电检测电路中,尤其在激光测量中,通常可以测量微瓦以下的光信号。在进行精密仪器测量时,如果考虑到测量时的线性度,必须保证负载电阻零,光电二极管一般运用于零偏压法,常用低噪声运算放大器构成电流电压转换器的办法来满足这一要求。如下图所示,由于负反馈放大器的等效输入阻抗为R in =R f (1+A ),其中A 为运算放大器的开环增益,R f 为放大器的反馈电阻。一般而言运算放大器的开环增益 A >>1×106,则输入阻抗R in ≈0,一方面可提高光电二极管测量的线性,另一方面光电二极管工作区域接近短路状态 ,电路可获得最小噪声系数[3]。本文选用O PT 101芯片作为为光电二极管的前置放大电路,片内光电二极管和互跨阻抗放大器在一个片上的集成和结合能够消除了分立设计中通常出现的问题,如漏电流误差、噪声交叉干扰和由于杂散电容硬件的增益峰化,0.09×0.09inch 的光电二极管在光导方式下工作可得到极佳的线性度和很底的暗电流且输出的是电压信号。O PT 101的工作电源范围较宽(+217——+36V ),同时在R f =1M 时,带宽可达14KH Z ,足够满足大部分精密测量场合的应用。从图中可知,电源引脚附近应接上稳压电容,输出的电压在无光时(暗电压)是7.5m v (直电流),并随着光亮度的增加而增加。光电二极管电流与照射在其上的光强成正比。在650NM 波长红光时,其响应度近似为0.45A W 。测量精度可以达到10-8A ,可满足高精度的测量要求。 2.2增益可调硬件电路设计为了能够实现光电更精确的测量,本文将利用M U X (电子模拟开关),PGA (程控增益放大器),ADC (模数转换器), DA C (数模转换器)构成经典的程控数据采集系统。 M U X 可程控选择多种信号或内部标定的信号;PGA 对M U X 选择的信号进行程控放大,可将信号调整到适于ADC 采集的范围,同时也可实现通道的自动调零。ADC 实现模数转换,DA C 用于提供各通道自标定信号和调零信号以及模拟信号输出,单片机是控制的核心,处理ADC 的输入信号和DA C 的输 — 87—

光电传感器应用论文

光电传感器概况: 在科学技术高速发展的现代社会中，人类已经入瞬息万变的信息时代，人们在日常生活，生产过程中，主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输，来实现制动控制，自动调节，目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。由于微电子技术，光电半导体技术，光导纤维技术以及光栅技术的发展，使得光电传感器的应用与日俱增。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单,形式灵活多样等优点，在自动检测技术中得到了广泛应用，它一种是以光电效应为理论基础，由光电材料构成的器件。现代电测技术日趋成熟，由于具有精度高、便于微机相连实现自动实时处理等优点，已经广泛应用在电气量和非电气量的测量中。然而电测法容易受到干扰，在交流测量时，频率响应不够宽及对耐压、绝缘方面有一定要求，在激光技术迅速发展的今天，已经能够解决上述的问题。磁光效应传感器就是利用激光技术发展而成的高性能传感器。激光，是本世纪60年代初迅速发展起来的又一新技术，它的出现标志着人们掌握和利用光波进入了一个新的阶段。由于以往普通光源单色度低，故很多重要的应用受到限制，而激光的出现，使无线电技术和光学技术突飞猛进、相互渗透、相互补充。现在，利用激光已经制成了许多传感器，解决了许多以前不能解决的技术难题，使它适用于煤矿、石油、天然气贮存等危险、易燃的场所。比如说用激光制成的光导纤维传感器，能测量原油喷射、石油大罐龟裂的情况参数。在实测地点，不必电源供电，这对于安全防爆措施要求很严格的石油化工设备群尤为适用，也可用来在大型钢铁厂的某些环节实现光学方法的遥测化学技术。磁光效应传感器的原理主要是利用光的偏振状态来实现传感器的功能。当一束偏振光通过介质时，若在光束传播方向存在着一个外磁场，那么光通过偏振面将旋转一个角度，这就是磁光效应。也就是可以通过旋转的角度来测量外加的磁场。在特定的试验装置下，偏转的角度和输出的光强成正比，通过输出光照射激光二极管LD，就可以获得数字化的光强，用来测量特定的物理量。正文一、工作原理

光电传感器的应用与发展

光电传感器的应用与发展一、引文光电传感器主要作为一种检测装置，目前常用的光传感器类型主要有光电管、光电倍增管和半导体光敏元件。由于它具有精度高，反应快，非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，体积小，已经获得了广泛应用。 1. 工作原理光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现的，一般情况下，它有三部分组成，可分为发送器、接收器和检测电路。投光器发出的光束被物体阻断或部分反射，受光器最终作出判断，发射器发射光束一般来源于半导体的光源一一发光二极管和激光二极管，光束不间断的发射或改变脉冲宽度，接收器有光电二极管或光电三极管组成，在接收器前面装有光学元件一一透镜或光圈，在其后面检测电路，滤出有效信号和应用信号，实现控制。图1光电传感器的四种基本形式光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器，它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。如自动门传感、色标检出等。 2. 结构与分类

在光的照射下，某些物质内部的电子会被光子激发出来而形成电流, 理现象称为光电效应。通常把光电效应分为三类：在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应。件有光电管、光电倍增管等。图3光敏电阻基本结构在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应。基于光生伏特效应的光电元件有光电池等。研究现状与前景 1. 工作特点 1) 检测距离长。在对射型中保留 10m 以上的检测距离等，便能实现其他检测手段。 2) 对检测物体的限制少。由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理，所以不象接近传感器等将检测物体限定在金属，它可对玻璃 ?塑料.木材.液体等几乎所有物体进行检测。 3) 响应时间短。光本身为高速，并且传感器的电路都由电子零件构成，所以不包含机械性工作时间。 4) 分辨率高。能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点，或通过构成特殊的受光光学系统，来实现即光生电。这种物基于外光电效应的光电元图2光电管基本结构在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象称为内光电效应。件有光敏电阻、光敏晶体管等。基于内光电效应的光电元电极? (ELECTRaOB■ CDS -申哙期蚪整 h 环誉ix 冲代电 2C 土防利脂，胶恒E 弓如 GLUE)

光电传感器的应用及其发展趋势

光电传感器的应用及其发展趋势摘要：光电传感器是把被测量的变化转换成光信号的变化，然后，借助光电元件把光信号转换成电信号来实现控制。如光电开关、光感电阻、光感二极管、光电池、光纤等。光电式传感器在检测和控制领域中应用非常广泛，它是采用光电元件作为检测元件的传感器，具有反应快、精度高、非接触等优点，而且可测参数多，结构简单，形式灵活多样。本文列举了光电传感器技术在一些领域里的应用。并阐述了当前传感器技术的发展现状以及发展趋势。关键词：光电效应；光电器件；常见故障；检测控制；发展趋势光电传感器，一般由光源、光学通路和光电元件等3部分组成，是通过将光电信号转换为电信号检测被测目标的一种装置。近年来，新的光电器件不断涌现，光电传感器的应用范围更加广泛。一、光电传感器的原理光电传感器的工作原理是：首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后通过光电转换元件变换成电信号。光电传感器的工作基础是光电效应。由光通量对光电元件作用的不同原理所制成光学测控系统是多种多样的，按光电元件输出量性质可分为两类，即模拟式光电传感器和脉冲式光电传感器，前者是将被测量转换成连续变化的光电流，它与被测量问呈单值关系。按被测量方法可分为透射式、漫反射式、遮光式三类：①透射式。被测物体放在光路中，恒光源发出的光能量穿过被测物，部分被吸收后，透射光投射到光电元件上；②漫反射式。恒光源发出的光投射到被测物上，再从被测物体表面反射后投射到光电元件上；③遮光式。当光源发出的光通量经被测物遮挡其中一部分，使投射到光电元件上的光通量改变，改变的程度与被测物体在光路位置相关。光敏二极管是最常见的光传感器，不同于一般二极管的是其管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口，为增加射入光线的受光面积，PN结的面积做得较大。光敏二极管工作在反向偏置的状态下，并与负载电阻相串联。当无光照时，它与普通二极管一样，反向电流很小，称为光敏二极管的暗电流；当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电载流子。在外电场的作用下，光电载流子参于导电，形成的比暗电流大得多的反向电流，称为光电流。光电流的大小与光照强度成正比，在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对

光电传感器的设计说明

光电传感器的设计题目：光电传感器的设计院（系）：信息工程学院专业：光电信息科学与工程姓名：褚飞亚学号： 1301021020 指导教师：洋洋 2016年6月27号

摘要随着信息技术的迅猛发展，传感器的应用技术也在飞速发展，新的应用技术呈现出爆炸式的发展。传感器作为作为测控系统中对象信息的入口，作为捕获信息的主要工具，在现代化事业中的重要性已被人们所认识。光电传感器的应用技术为信息科学的一个分支，俗称“电眼”。它是将传统光学技术与现代微电子技术以及计算机技术结合的纽带，是获取光信息或借助光提取其他信息的重要手段。现如今汽车成为大多数人必不可少的东西。经常开车的朋友们，应该都有过这样的苦恼每次开车到了单位或者小区大门口都要等门卫来开门或者等其按动电动门的开关,既费时间又费人力,如果巧妙地利用光电传感器就可以实现光控大门。所以借此次课程设计来设计一个光控大门，即把光敏电阻装在大门上并且在汽车灯光能照到的地方,把带动大门的电动机接在干簧管的电路中,那么夜间汽车开到大门前,灯光照射到光敏电阻时,干簧继电器就可以自动接通电动机电路,电动机就能带动大门打开。这样就解决了上述的问题。

目录 1、设计要求 (1) 1.1功能与用途 (1) 1.2指标要求 (1) 2、光电传感器介绍及工作原理 (2) 2.1、光电传感器 (2) 2.2工作原理 (2) 3、方案设计 (3) 4、元件选择和电路设计 (4) 4.1元件选择 (4) 4.2电路设计 (5) 5、总结 (7) 参考文献 (8)

1、设计要求 1.1功能与用途光电传感器是将光通量转化为电量的一种传感器。光电式传感器的基础是光电转换元件的光电效应。由于光电测灵活多样，可测参数众多，一般情况下具有非接触、高精度、高分辨率、高可靠性和反应快等特点，加之激光电源、光栅、光学码盘、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器的容极其丰富，在检测和控制领域获得了广泛的应用。例如家用电视机的遥控器，太阳能的发电、电梯的安全光幕，火焰探测报警器等多个方面。 1.2指标要求利用光电转换元件的光电效应将光信息转变为电信息，同时利用变电流生磁特性，从而达到控制相应电路的目。

光电传感器实验

DH-SJ3光电传感器物理设计性实验装置（实验指导书）实验讲义请勿带走杭州大华科教仪器研究所杭州大华仪器制造有限公司

DH-SJ3光电传感器物理设计性实验装置光敏传感器是将光信号转换为电信号的传感器，也称为光电式传感器，它可用于检测直接引起光强度变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其它非电量，如零件直径、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物体形状、工作状态识别等。光敏传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因而在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。光敏传感器的物理基础是光电效应，即光敏材料的电学特性都因受到光的照射而发生变化。光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。外光电效应是指在光照射下，电子逸出物体表面的外发射的现象，也称光电发射效应，基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。内光电效应是指入射的光强改变物质导电率的物理现象，称为光电导效应。大多数光电控制应用的传感器，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等都是内光电效应类传感器。当然近年来新的光敏器件不断涌现，如：具有高速响应和放大功能的APD雪崩式光电二极管，半导体光敏传感器、光电闸流晶体管、光导摄像管、CCD图像传感器等，为光电传感器的应用开创了新的一页。本实验主要是研究光敏电阻、硅光电池、光敏二极管、光敏三极管四种光敏传感器的基本特性以及光纤传感器基本特性和光纤通讯基本原理。一、实验目的 1、了解光敏电阻的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线。 2、了解光敏二极管的基本特性，测出它的伏安特性和光照特性曲线。 3、了解硅光电池的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线。 4、了解光敏三极管的基本特性，测出它的伏安特性和光照特性曲线。 5、了解光纤传感器基本特性和光纤通讯基本原理。二、光敏传感器的基本特性及实验原理 1、伏安特性光敏传感器在一定的入射光强照度下，光敏元件的电流I与所加电压U之间的关系称为光敏器件的伏安特性。改变照度则可以得到一组伏安特性曲线，它是