光傳感器的基本概念及工作原理

用于檢測數(shù)量或事件的變化并適當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生輸出的設(shè)備可以稱為傳感器，傳感器有多種類型，例如壓力傳感器、超聲波傳感器、光傳感器、溫度傳感器、紅外傳感器、觸摸傳感器、濕度傳感器、煙霧和氣體傳感器等。

在本文中，小編介紹一種普遍且常用的傳感器——光傳感器，下面一起來看看光傳感器的作用和原理!

基本概念

基于日光強(qiáng)度(也包括人造光)工作的特殊類型的傳感器稱為光傳感器(Light Sensor)，它是重要的傳感器之一。光傳感器有多種類型，包括光伏電池、光電晶體管、光敏電阻、光電管、光電倍增管、光電二極管、電荷耦合器件等，所有這些都是模擬傳感器。

當(dāng)今可用的簡單光傳感器是光敏電阻器( LDR)，其特性是它的電阻與環(huán)境光的強(qiáng)度成反比，即當(dāng)光的強(qiáng)度增加時(shí)，它的電阻減小，反之亦然。光敏電阻器是無源的，不會產(chǎn)生任何電能。

光敏電阻的電阻會隨著日光強(qiáng)度的變化而變化(基于光敏電阻上照射的光)，而且光敏電阻也可以在骯臟和惡劣的外部環(huán)境中使用，因?yàn)樗举|(zhì)上是堅(jiān)固的。因此，與其他光傳感器相比，對于戶外照明和自動(dòng)街道照明電路，光敏電阻是首選。

此外，光敏電阻是一個(gè)可變電阻器，其阻值由光強(qiáng)控制。高電阻半導(dǎo)體材料和硫化鎘(表現(xiàn)出光電導(dǎo)性)用于設(shè)計(jì)光敏電阻。

如上圖所示，在夜間，如果光敏電阻傳感器上的光照減少，則光敏電阻電阻會變得非常高(大約幾兆歐姆)。在白天，如果光敏電阻上的燈被照亮，那么光敏電阻的電阻就會變低(大約幾百歐姆)。因此，光敏電阻的電阻和光敏電阻上照射的光相互成反比，上圖表示它們的反比關(guān)系。

除了上述光傳感器之外，還有BH1750、TSL2561等數(shù)字光傳感器，可以計(jì)算光的強(qiáng)度并提供數(shù)字等效值。

光傳感器電路

自動(dòng)光感測電路可用于自動(dòng)控制電燈、風(fēng)扇、冷卻器、空調(diào)、路燈等電器。使用這種自動(dòng)光傳感器電路根據(jù)落在光傳感器上的日光強(qiáng)度工作，可以消除控制或切換負(fù)載操作的人力。因此，可以將其稱為自動(dòng)光傳感器電路。

例如，使用傳統(tǒng)方法在高速公路上控制路燈是比較危險(xiǎn)的，而且也會造成電力浪費(fèi)?，F(xiàn)在，簡單介紹下如何制作光傳感器電路來進(jìn)行控制。

其實(shí)，可以使用各種電氣和電子元器件設(shè)計(jì)自動(dòng)光傳感器電路。該電路中使用的主要組件是光傳感器、達(dá)林頓對晶體管和繼電器。不過，在討論光傳感器電路的工作原理之前，必須了解用于設(shè)計(jì)自動(dòng)光傳感器電路的各種元件的實(shí)際用處。

1、達(dá)林頓對晶體管

背靠背連接的兩個(gè)晶體管稱為達(dá)林頓對，這種達(dá)林頓對晶體管可以被認(rèn)為是具有非常高電流增益的單個(gè)晶體管。一般來說，如果基極電壓大于0.7v，則晶體管導(dǎo)通。但是，如果考慮一個(gè)達(dá)林頓對，由于需要打開兩個(gè)晶體管，因此基極電壓必須為1.4v。

2、中繼器

繼電器在自動(dòng)光傳感器電路中起主要作用，用于激活電器或?qū)⒇?fù)載與交流電源一起連接到自動(dòng)光傳感器電路。通常情況下，繼電器由一個(gè)線圈組成，當(dāng)它獲得足夠的電源時(shí)會通電。

應(yīng)用電路設(shè)計(jì)如下圖所示，如果日光落在光敏電阻(白天)上，那么光敏電阻的電阻將非常低(只有100歐姆)。電源通過光敏電阻和電阻器接地。這是由于電流原理，低電阻路徑。因此，繼電器線圈沒有足夠的電源來獲得足夠的電源來通電，這導(dǎo)致負(fù)載保持關(guān)閉狀態(tài)。

同樣，如果黑暗落在低電阻路徑上，則低電阻路徑將具有高電阻(幾兆歐姆)。因此，由于低電阻路徑的電阻非常高，沒有(或非常少)電流流過?，F(xiàn)在，流過低電阻路徑的電流導(dǎo)致達(dá)林頓對晶體管基極電壓增加到超過1.4v。因此，繼電器線圈通電，負(fù)載在夜間開啟。

注意：上述電路圖也可以使用運(yùn)算放大器來代替達(dá)林頓對晶體管進(jìn)行設(shè)計(jì)。

主要應(yīng)用

自動(dòng)光傳感器電路可用于設(shè)計(jì)許多基于嵌入式系統(tǒng)的實(shí)用項(xiàng)目，一些基于光傳感器電路的項(xiàng)目包括：

白天自動(dòng)關(guān)閉的太陽能高速公路照明系統(tǒng)

光傳感器的安全警報(bào)系統(tǒng)

日落到日出照明開關(guān)

Arduino管理的基于光敏電阻的高靈敏度路燈控制系統(tǒng)節(jié)電器

例如，下面是一個(gè)自動(dòng)晚上開到早上關(guān)燈的電路設(shè)計(jì)，原理是自動(dòng)從黃昏到黎明的燈光基于光敏電阻的光傳感器工作，黃昏到黎明光時(shí)段傳感器電路會在早晨自動(dòng)關(guān)閉負(fù)載(當(dāng)日光落在光敏電阻上時(shí))。同樣，在晚上時(shí)間(光敏電阻上無光照時(shí))負(fù)載會自動(dòng)打開。

總結(jié)

光傳感器是一種傳感裝置，主要由光敏元件組成，它能敏銳感應(yīng)紫外光到紅外光的光能量，并將光能量轉(zhuǎn)換成電信號的器件。目前光傳感器可以分為模擬和數(shù)字等多個(gè)類型，但是比較常用的還是光敏電阻器(LDR)。