第十三章 传感器应用实例

1、一、光电传感器应用实例一、光电传感器应用实例1.路灯光电控制器路灯光电控制器 该控制器由于采用光电倍增管作为光传感器，电路的该控制器由于采用光电倍增管作为光传感器，电路的灵敏度高，能有效地防止电路状态转换时的不稳定过程。灵敏度高，能有效地防止电路状态转换时的不稳定过程。电路中还设置有延时电路，具有对雷电和各种短时强光的电路中还设置有延时电路，具有对雷电和各种短时强光的抗干扰能力。抗干扰能力。 路灯光电控制器的电路，如图路灯光电控制器的电路，如图13-1所示。电路主要由所示。电路主要由光电转换级、运放滞后比较级、驱动级等组成光电转换级、运放滞后比较级、驱动级等组成。 l 白天，当光电管白天，当光

2、电管VT1的光电阴极受到较强的光照时，光的光电阴极受到较强的光照时，光电管产生的光电流使得场效应管电管产生的光电流使得场效应管VT2栅极上的正电压增高，栅极上的正电压增高，漏源电流增大，这时在运算放大器漏源电流增大，这时在运算放大器IC的反相输入端的电压的反相输入端的电压约为约为+3.1V，所以运算放大器输出为负电压，所以运算放大器输出为负电压，VD7为截止状为截止状态，态，VT3也处于截止状态，继电器也处于截止状态，继电器K不工作，其触点不工作，其触点K1为常为常开状态，因此路灯不亮。到了傍晚时分，由于环境光线渐开状态，因此路灯不亮。到了傍晚时分，由于环境光线渐弱，光电管弱，光电管VT1的电

3、流也减小，使得场效应管的电流也减小，使得场效应管VT2栅极电压栅极电压和漏源电流随之减小。这时在运算放大器和漏源电流随之减小。这时在运算放大器IC反相输入端上反相输入端上的电压为负电压，在其输出端输出有的电压为负电压，在其输出端输出有+13V的电压，因此的电压，因此VD7导通，导通，VT3随之导通饱和，继电器随之导通饱和，继电器K工作，其常开触点工作，其常开触点K1闭合，路灯被点亮。到第二天清晨，由于光照的加强，闭合，路灯被点亮。到第二天清晨，由于光照的加强，电路则自动转换为关闭状态。电路则自动转换为关闭状态。 l 为防止雷雨天的闪电或突然短时间的强光照射，使电为防止雷雨天的闪电或突然短时间的

4、强光照射，使电路造成误动作，在电路中，由路造成误动作，在电路中，由C1、R1反光电管的内阻构成反光电管的内阻构成一个延时电路，延时为一个延时电路，延时为35s，这样即使有短时的强光作用，这样即使有短时的强光作用（例如电闪、手电筒的慢晃），也不会使电路翻转，仍能（例如电闪、手电筒的慢晃），也不会使电路翻转，仍能保持电路的正常工作。保持电路的正常工作。l 为防止自然光从亮到暗变化时不稳定现象的发生，在为防止自然光从亮到暗变化时不稳定现象的发生，在电路中还接有正反馈电阻电路中还接有正反馈电阻R11。R11的一端接在运算放大器的一端接在运算放大器IC的输出端，另一端经的输出端，另一端经R6 、R7分压

5、后接在分压后接在IC的同相输入的同相输入端。由于有了正反馈，只要电路一转换，就会使电路处于端。由于有了正反馈，只要电路一转换，就会使电路处于稳定状态。稳定状态。 l2.光控闪光标志灯光控闪光标志灯 l 光控闪光标志灯电路如图光控闪光标志灯电路如图13-2所示。电路主要由所示。电路主要由M5332L通用集成电路通用集成电路IC、光敏三极管、光敏三极管VT1及外围元件等组及外围元件等组成。成。l 白天，光敏三极管白天，光敏三极管VT1受到光照内阻很小，使受到光照内阻很小，使IC的输的输入电压高于基准电压，于是入电压高于基准电压，于是IC的的6脚输出为高电平，标志脚输出为高电平，标志灯灯E不亮。夜晚

6、，无光照射光敏三极管不亮。夜晚，无光照射光敏三极管VT1，其内阻增大，其内阻增大，使使IC的输入电压低于基准电压，于是的输入电压低于基准电压，于是IC内部振荡器开始振内部振荡器开始振荡，其频率为荡，其频率为1.8Hz，与此同时，与此同时，IC内部的驱动器也开始内部的驱动器也开始工作，使工作，使IC的的6脚输出低电平，在振荡器的控制下，标志脚输出低电平，在振荡器的控制下，标志灯灯E以以1.8Hz频率闪烁发光，以警示有路障存在。频率闪烁发光，以警示有路障存在。 l图图13-2光控闪光标志灯电路原理图光控闪光标志灯电路原理图 l3.光控闪烁安全警示灯光控闪烁安全警示灯l 道路施工时，需在施工现场挂上

7、红色安全警示灯，以道路施工时，需在施工现场挂上红色安全警示灯，以保护行人和行车的安全。高层建筑物的顶端按有关的规定保护行人和行车的安全。高层建筑物的顶端按有关的规定必需设置红色警示灯，以确保飞机的安全航行。光控闪烁必需设置红色警示灯，以确保飞机的安全航行。光控闪烁安全警示灯比现在用的红色警示灯增加了光控和闪烁功能，安全警示灯比现在用的红色警示灯增加了光控和闪烁功能，白天可自动熄灭，傍晚可自动点亮并发出十分引人注目的白天可自动熄灭，傍晚可自动点亮并发出十分引人注目的闪烁光。闪烁光。 l 光控闪烁安全警示灯电路图见图光控闪烁安全警示灯电路图见图13-3所示。它由极少数所示。它由极少数元件组成，其中

8、光敏元件采用元件组成，其中光敏元件采用ds光敏电阻，光敏电阻，VS为双向晶为双向晶闸管，它的触发电压经双向触发二极管闸管，它的触发电压经双向触发二极管VD从电容从电容C两端两端取得。取得。 图图13-3 光控闪烁安全警示灯电路图光控闪烁安全警示灯电路图l 当接通电源后，当接通电源后，220V交流电经二极管交流电经二极管VDl半波整流，通半波整流，通过过1向向C充电，因充电电流很小，警示灯不会点亮。充电，因充电电流很小，警示灯不会点亮。 l C上的充电电压取决于上的充电电压取决于1和光敏电阻和光敏电阻RL的分压值。的分压值。 l 白天，光敏电阻白天，光敏电阻RL受自然光源的照射呈现低阻值，电容受

9、自然光源的照射呈现低阻值，电容C两端的电压超不过双向触发二极管两端的电压超不过双向触发二极管VD2的转折电压，双向晶的转折电压，双向晶闸管闸管VS因无触发电压而处于截止状态，警示灯因无触发电压而处于截止状态，警示灯E不亮。不亮。l 夜晚，环境自然光变暗，光敏电阻夜晚，环境自然光变暗，光敏电阻RL呈现高阻值，电容呈现高阻值，电容C两端的电压不断增高，当电压超过双向触发二极管两端的电压不断增高，当电压超过双向触发二极管VD2的转的转折电压时，折电压时，VD2导通，电容导通，电容C通过通过VD2和和R2放电，双向晶闸放电，双向晶闸管获得足够的触发电流而导通，警示灯管获得足够的触发电流而导通，警示灯E

10、点亮。点亮。l 当电容当电容C上的电压放电到一定程度时，双向触发二极管上的电压放电到一定程度时，双向触发二极管重新截止，双向晶闸管失去触发电流而关断，警示灯熄灭。重新截止，双向晶闸管失去触发电流而关断，警示灯熄灭。之后重复上述过程，使警示灯发出闪烁的亮光。之后重复上述过程，使警示灯发出闪烁的亮光。 l4.测光文具盒测光文具盒 l 测光文具盒是在文具盒上加装测光电路组成的，它不但测光文具盒是在文具盒上加装测光电路组成的，它不但有文具盒的功能，又能显示光线的强弱，可指导学生在合适有文具盒的功能，又能显示光线的强弱，可指导学生在合适的光线下学习，以保护学生的视力。的光线下学习，以保护学生的视力。l

11、图图13-4是测光文具盒的测光电路。电路中采用是测光文具盒的测光电路。电路中采用2CR11硅硅光电池作为测光传感器，它被安装在文具盒的表面，直接感光电池作为测光传感器，它被安装在文具盒的表面，直接感受光的强弱。采用两个发光二极管作为光照强弱的指示。当受光的强弱。采用两个发光二极管作为光照强弱的指示。当光照度小于光照度小于100lx较暗时，光电池产生的电压较小，半导体管较暗时，光电池产生的电压较小，半导体管压降较大或处于截止状态，两个发光二极管都不亮；当光照压降较大或处于截止状态，两个发光二极管都不亮；当光照度在度在100200lx之间时，发光二极管之间时，发光二极管VD2点亮，表示光照度点亮，

12、表示光照度适中；当光照度大于适中；当光照度大于2001x时，光电池产生的电压较高，半导时，光电池产生的电压较高，半导体管压降较小，此时两个发光二极管均点亮，表示光照太强体管压降较小，此时两个发光二极管均点亮，表示光照太强了。借助测光表调节电位器了。借助测光表调节电位器RP和和R可使电路满足上述要求。可使电路满足上述要求。 图图13-4 测光文具盒的测光电路测光文具盒的测光电路l5.太阳能自动跟踪控制器太阳能自动跟踪控制器 l 控制器采用四只光敏传感器和两个比较器，分别构成控制器采用四只光敏传感器和两个比较器，分别构成两个光控比较器，控制电机的正反转，使太阳能接收器自两个光控比较器，控制电机的正

13、反转，使太阳能接收器自动跟踪太阳转动，见图动跟踪太阳转动，见图13-5所示。所示。l 控制电路见图控制电路见图13-6。双运放。双运放LM358与与R1、R构成两个构成两个比较器，光敏电阻比较器，光敏电阻B、B与电位器与电位器RP1和光敏电阻和光敏电阻B、B4与电位器与电位器RP分别组成光敏传感电路。为了能根据环境光分别组成光敏传感电路。为了能根据环境光线的强弱自动进行补偿，将线的强弱自动进行补偿，将Bl和和B安装在控制电路外壳的安装在控制电路外壳的一侧，一侧，B和和B4安装在控制电路外壳的另一侧，如图安装在控制电路外壳的另一侧，如图13-6所所示。示。 l图图13-5 太阳能接收装置结构图太

14、阳能接收装置结构图l图图13-6 太阳能自动跟踪控制电路图太阳能自动跟踪控制电路图l 当当B1、B、B3和和B4同时受到环境自然温度光线作用时，同时受到环境自然温度光线作用时，RP1和和RP2中心点电压不变。中心点电压不变。l 如果只有如果只有Bl和和B受阳光照射，受阳光照射，Bl的内阻减小，的内阻减小，ICa同同相端电位升高，输出端输出高电位，三极管相端电位升高，输出端输出高电位，三极管VT1导通，继导通，继电器电器K1工作，其触点工作，其触点3与触点与触点1闭合。同时闭合。同时B内阻减小，内阻减小，IC1b的同相端电位下降，的同相端电位下降，不工作，其转换触点不工作，其转换触点3与触点与触

15、点2仍处于闭合状态，电机仍处于闭合状态，电机M正向转动；正向转动；l 同理，如果只有同理，如果只有B和和受太阳光照射，继电器受太阳光照射，继电器K2工工作，作，K1停止工作，则电机停止工作，则电机M反向转动。反向转动。l 当太阳能接收器旋转面向太阳时，此时控制电路外壳当太阳能接收器旋转面向太阳时，此时控制电路外壳两侧的光照度相同，继电器两侧的光照度相同，继电器K和和k同时工作，电机同时工作，电机M停停止转动。止转动。 l6.光控自动水龙头光控自动水龙头 l 光控自动水龙头的电路，见图光控自动水龙头的电路，见图13-7所示。所示。IC1组成组成40KHz的多谐振荡器，驱动红外发光二极管的多谐振荡

16、器，驱动红外发光二极管VD1向外发出红向外发出红外光，该红外光经凸透镜聚焦后被红外接收二极管外光，该红外光经凸透镜聚焦后被红外接收二极管VD2接收。接收。IC2是一个专用红外线接收放大器，内含前置放大、滤波、是一个专用红外线接收放大器，内含前置放大、滤波、积分检波、整形电路，并可为积分检波、整形电路，并可为VD2提供偏置电压。提供偏置电压。IC的中的中心频率由心频率由确定，为确定，为40KHz。l 当红外接收二极管当红外接收二极管VD2接收到接收到VD1发出的红外调制光时，发出的红外调制光时，IC第第7脚变为低电平，使脚变为低电平，使VT截止，继电器截止，继电器K不工作，其不工作，其常开触点常

17、开触点K1使电磁阀使电磁阀DF得不到电，因此水龙头处于关闭状得不到电，因此水龙头处于关闭状态，这也是水龙头的一般状态。态，这也是水龙头的一般状态。l图图13-7 光控水龙头电路图光控水龙头电路图l 当有人洗手时，手挡住了当有人洗手时，手挡住了VD1发往发往VD2的红外光线，的红外光线，IC2第第7脚由低电平变为高电平，使脚由低电平变为高电平，使VT导通，继电器导通，继电器K工工准，其触点准，其触点K1闭合，电磁阀闭合，电磁阀DF动作，水经电磁阀动作，水经电磁阀DF自动自动流出。洗手完毕，人走手离，流出。洗手完毕，人走手离，VD1发出的红外光线又照射发出的红外光线又照射到到V上，电磁阀又恢复到平

18、时关闭状态。上，电磁阀又恢复到平时关闭状态。 l 光控自动水龙头用于公共场合，不但可节约用水，还光控自动水龙头用于公共场合，不但可节约用水，还可防止传染病的感染。可防止传染病的感染。 l7.声控光敏延时开关声控光敏延时开关 l 声控光敏延时开关是一种用于楼梯、走廊、公厕等场声控光敏延时开关是一种用于楼梯、走廊、公厕等场合的照明开关。这种开关在白天呈关闭状态，在夜晚，只合的照明开关。这种开关在白天呈关闭状态，在夜晚，只要有声响便可开启，延时要有声响便可开启，延时45s后又自动关闭。声控光敏延时后又自动关闭。声控光敏延时开关电路如图开关电路如图13-8所示。白天光敏电阻所示。白天光敏电阻RL受光照

19、射呈低阻受光照射呈低阻状态，使半导体管状态，使半导体管VT3导通，导通，VT4、VT5截止，截止，VT6导通，导通，晶闸管晶闸管VT7截止，灯泡截止，灯泡E处于熄灭状态。由于处于熄灭状态。由于VT3一直处于一直处于导通状态，因此，不管有什么声响，灯泡导通状态，因此，不管有什么声响，灯泡E都不会点亮。都不会点亮。l 天黑时，光敏电阻无光照射，内阻增大，使天黑时，光敏电阻无光照射，内阻增大，使VT3处于截处于截止状态，如无声响，则电路仍同白天相同。止状态，如无声响，则电路仍同白天相同。 l图图13-8 声控光敏延时开关电路声控光敏延时开关电路l 当有声响时当有声响时(如人的脚步声如人的脚步声)，话

20、筒，话筒B接受声响信号并接受声响信号并转换为电信号，该信号经转换为电信号，该信号经VT1、VT放大后，使放大后，使VT4导导通，电源经通，电源经V、VD给电容给电容C3迅速充电，并使迅速充电，并使VT5导通，导通，VT6截止，触发晶闸管截止，触发晶闸管V7导通，点亮灯泡导通，点亮灯泡E。声响。声响消失后，由于消失后，由于C3缓慢放电的作用，使缓慢放电的作用，使VT5在延时在延时s后后转为截止状态，并使转为截止状态，并使VT6导通，晶闸管导通，晶闸管V7又恢复截止状又恢复截止状态，灯泡熄灭。态，灯泡熄灭。 l8.光控定时报栏灯光控定时报栏灯 l 光控定时报栏灯采用光敏三极管做感光器件，在傍晚光控

21、定时报栏灯采用光敏三极管做感光器件，在傍晚光线较暗时自动点亮，点亮光线较暗时自动点亮，点亮4小时后自动熄灭，从根本上小时后自动熄灭，从根本上解决午夜后报栏灯一直点到天亮的工作方式，既省工又节解决午夜后报栏灯一直点到天亮的工作方式，既省工又节电。电。 l 图图13-9是光控定时报栏灯的电路图。它主要由单稳态是光控定时报栏灯的电路图。它主要由单稳态延时电路、脉冲形成与放大电路、定时开关电路等构成。延时电路、脉冲形成与放大电路、定时开关电路等构成。 l 光控单稳态延时电路由光控单稳态延时电路由555时基电路时基电路IC1、光敏三极管、光敏三极管VT1、电位器、电位器RPl、电容、电容C1等组成。脉冲

22、形成和放大电路等组成。脉冲形成和放大电路由由C3、VT2与及电阻等组成。与及电阻等组成。 l 定时开关电路由晶闸管定时开关电路由晶闸管VT3、VT4、IC2、IC3、IC4等等构成构成。 l图图13-9 光控定时报栏灯的电路图光控定时报栏灯的电路图l 白天，光敏三极管白天，光敏三极管VT1处于导通状态，电源向处于导通状态，电源向C1充电，充电，ICI输出低电平，由于输出低电平，由于C3两端电位相等，两端电位相等，VT2处于截止状处于截止状态，晶闸管态，晶闸管VT3和和VT4处于阻断状态。所以定时开关电路处于阻断状态。所以定时开关电路和报栏灯均不工作。和报栏灯均不工作。l 傍晚，光线渐弱，光敏三

23、极管逐渐趋向截止，最终使傍晚，光线渐弱，光敏三极管逐渐趋向截止，最终使ICI输出端由低电平变为高电平，产生一阶跃电压，经输出端由低电平变为高电平，产生一阶跃电压，经R2、C3微分后成为正尖脉冲，再经放大后触发晶闸管微分后成为正尖脉冲，再经放大后触发晶闸管VT3导通，导通，使常开固态继电器使常开固态继电器SSR接通报栏灯电源，使报栏目光灯点接通报栏灯电源，使报栏目光灯点燃。与此同时，延时开关电路开始工作，电源通过燃。与此同时，延时开关电路开始工作，电源通过VT3和和R7向电容向电容C5充电。充电。 l 555时基电路和时基电路和IC组成时钟振荡源，其振荡周期为组成时钟振荡源，其振荡周期为s，其输

24、出端直接祸合至，其输出端直接祸合至IC3的时钟输入端，通过的时钟输入端，通过4级二进级二进制计数器制计数器/分频器对输入脉冲进行计数分频，以累计脉冲个分频器对输入脉冲进行计数分频，以累计脉冲个数，达到长延时的目的。当达到设定的延时时间时，数，达到长延时的目的。当达到设定的延时时间时，IC3输出端便输出高电平，经非门电路增大驱动功率在而电容输出端便输出高电平，经非门电路增大驱动功率在而电容C9上的电压又不能突变，使晶闸管第二阳极的电压通过上的电压又不能突变，使晶闸管第二阳极的电压通过VD与电容与电容C上的电压迭加，造成晶闸管上的电压迭加，造成晶闸管VT3上阴极电上阴极电位在此瞬间高于阳极电位，导

25、致位在此瞬间高于阳极电位，导致VT3关断，使固态继电器关断，使固态继电器失电，断开日光灯的电源，报栏灯熄灭。失电，断开日光灯的电源，报栏灯熄灭。l 此后，此后，IC输出端一直处于高电平，电容输出端一直处于高电平，电容C也充过也充过电使电使VT一直处于截止状态，阻塞了一直处于截止状态，阻塞了VT3的导通。只有等的导通。只有等到天明时，才会使到天明时，才会使IC1的输出端重新变为低电平，使的输出端重新变为低电平，使C3上上的电荷放掉，为晶闸管的电荷放掉，为晶闸管VT3的再次导通创造条件。的再次导通创造条件。 l9.红外自动干手器红外自动干手器 l 图图13-10是红外自动干手器的电路。它是一个由六

26、反相是红外自动干手器的电路。它是一个由六反相器器CD4069组成的红外控制电路。反向器组成的红外控制电路。反向器F1、F2、半导体、半导体三极管三极管VT1及红外发射二极管及红外发射二极管VD1等组成红外光脉冲信号等组成红外光脉冲信号发射电路。红外光敏二极管发射电路。红外光敏二极管VD及后续电路组成红外光脉及后续电路组成红外光脉冲的接收、放大、整形、滤波及开关电路。冲的接收、放大、整形、滤波及开关电路。 l 当我们将于放在干手器的下方当我们将于放在干手器的下方1015cm时，由时，由VD1发发射的红外光线经人手反射后被红外光敏二极管射的红外光线经人手反射后被红外光敏二极管VD接收并接收并转换成

27、脉冲电压信号，经转换成脉冲电压信号，经VT、VT3放大，再经反相器放大，再经反相器F3、F4整形，并通过整形，并通过VD3向向C6充电变为高电平，经反相器充电变为高电平，经反相器F变为低电平，使变为低电平，使VT4导通，继电器导通，继电器K得电工作，其触点得电工作，其触点K1闭合，接通电热风机的电源，热风吹向手部进行干燥处理。闭合，接通电热风机的电源，热风吹向手部进行干燥处理。l图图13-10 红外自动干手器电图路红外自动干手器电图路 l 与此同时，发光二极管与此同时，发光二极管VD5也点亮，告知热风机电路也点亮，告知热风机电路已被启动。为防止人手晃动而偏离光控部分，造成短时的已被启动。为防止

28、人手晃动而偏离光控部分，造成短时的信号消失，而使电路不能连续王作，在电路中由信号消失，而使电路不能连续王作，在电路中由VD3、R12、C6组成延时关机电路。当手离开光控部分时，组成延时关机电路。当手离开光控部分时，C6通通过过R12需要一段时间，因此在短时间内需要一段时间，因此在短时间内C6上仍可保持高电上仍可保持高电平存在，使后级电路仍保持原工作状态不变。延时时间一平存在，使后级电路仍保持原工作状态不变。延时时间一般为般为3s就够了。就够了。 l二、温度传感器应用实例二、温度传感器应用实例l1.食用菌烘箱食用菌烘箱l 蘑菇、木耳等食用菌是我国出口的主要农副产品之一。蘑菇、木耳等食用菌是我国出

29、口的主要农副产品之一。能及时地将鲜食用菌烘成干成品，这对减少食用菌专业户的能及时地将鲜食用菌烘成干成品，这对减少食用菌专业户的经济损失，显然是非常重要的一环。经济实用的食用菌烘干经济损失，显然是非常重要的一环。经济实用的食用菌烘干箱电路见图箱电路见图13-11所示。所示。l 市电经市电经C1降压，降压，VD1整流，整流，C2滤波，滤波，R2限流后，经限流后，经VD2稳稳压在压在10V左右给电源供电。由两个左右给电源供电。由两个555时基电路时基电路ICl、IC2与外与外围元件组成两个多谐振荡器，它们输出的周期电平，控制着围元件组成两个多谐振荡器，它们输出的周期电平，控制着双向晶闸管的导通与截止

30、。其中电位器双向晶闸管的导通与截止。其中电位器RP1、RP3可调节多谐可调节多谐振荡器波形的占空比。由于温度传感器振荡器波形的占空比。由于温度传感器RT和湿度传感器和湿度传感器RS分分别接在别接在ICI和和IC2的控制极上，它们的阻值变化将会影响振荡的控制极上，它们的阻值变化将会影响振荡器的工作。器的工作。l 温度传感器选用正温度系数的热敏电阻，而湿度传感温度传感器选用正温度系数的热敏电阻，而湿度传感器则选用湿度增大阻值减少的湿敏电阻。调节器则选用湿度增大阻值减少的湿敏电阻。调节RP2、RP 4可分别设定温度及湿度控制点。可分别设定温度及湿度控制点。 l 当烘箱开始工作时，烘箱内的温度低，温度

31、传感器的当烘箱开始工作时，烘箱内的温度低，温度传感器的阻值小，阻值小，IC1工作，输出的矩形波使双向晶闸管工作，输出的矩形波使双向晶闸管VT5间歇导间歇导通给负载通给负载RL加热。此时，放在箱内的食用菌受热，它们加热。此时，放在箱内的食用菌受热，它们所含的水分被蒸发，箱内的湿度增大，使湿度传感器的阻所含的水分被蒸发，箱内的湿度增大，使湿度传感器的阻值减小，值减小，IC2工作，使双向晶闸管工作，使双向晶闸管VT6工作，鼓风机随之转工作，鼓风机随之转动，将箱内的水蒸汽从风口排出。动，将箱内的水蒸汽从风口排出。l 当箱内温度升高到设定的温度时，当箱内温度升高到设定的温度时，IC1停止工作，停停止工作

32、，停止给负载止给负载RL加热。就这样电路可根据箱内的温度和湿度加热。就这样电路可根据箱内的温度和湿度的情况对加热和排湿进行自动控制。的情况对加热和排湿进行自动控制。 l2.电热水器控温器电热水器控温器l 图图13-12是电热水器温度控制器，电路主要由热敏电阻、是电热水器温度控制器，电路主要由热敏电阻、比较器、驱动电路及加热器比较器、驱动电路及加热器RL等组成。通过电路可自动控等组成。通过电路可自动控制加热器的开闭，使水温保持在制加热器的开闭，使水温保持在90。l 热敏电阻在热敏电阻在25时阻值为时阻值为100k，温度系数为，温度系数为1K/。在比较器在比较器IC的反相端加有的反相端加有3.9V

33、的基准电压，在比较器的基准电压，在比较器IC的的同相端加有由同相端加有由RP和热敏电阻和热敏电阻RT的分压电压。当水温低于的分压电压。当水温低于90时，比较器时，比较器IC输出高电位，驱动输出高电位，驱动VT1和和VT2导通，使继导通，使继电器电器K工作，闭合加热器电路。工作，闭合加热器电路。l 如果水温高于如果水温高于90时，比较器时，比较器IC输出端变为低电位，输出端变为低电位，VT1和和VT2截止，继电器则断开加热器电路。调节截止，继电器则断开加热器电路。调节RP可以可以得到要求的水温。得到要求的水温。 l图图13-12 电热水器温度控制器电路图电热水器温度控制器电路图l3.恒温土嚷加热

34、器恒温土嚷加热器l 要想使蘑菇等植物茁壮成长，仅靠玻璃或农膜要想使蘑菇等植物茁壮成长，仅靠玻璃或农膜构成的温室是不够的，还必须有温暖的土壤。本加构成的温室是不够的，还必须有温暖的土壤。本加热器可使小温室内的土壤温度基本维持恒定。热器可使小温室内的土壤温度基本维持恒定。l 恒温土壤加热器的电路见图恒温土壤加热器的电路见图13-13所示。由集所示。由集成温度传感器成温度传感器IC1、运算放大器、运算放大器IC2等组成比较器。等组成比较器。其中电位器其中电位器RP1用来设定控制温度。当土壤温度低用来设定控制温度。当土壤温度低于设定温度时，集成温度传感器于设定温度时，集成温度传感器AD590电流将减小

35、，电流将减小，使使IC2反相输入端电位降低，反相输入端电位降低，IC2输出端输出高电输出端输出高电平，平，VT1、VT2导通负载导通负载RL加热。加热。l图图13-13 恒温土壤加热器电路图恒温土壤加热器电路图l 随着土壤温度的升高，集成温度传感器随着土壤温度的升高，集成温度传感器AD590的电流增大，直至达到设定温度，的电流增大，直至达到设定温度， IC2反相输入端反相输入端的电压高于同相输入端的电压，此时的电压高于同相输入端的电压，此时IC2输出低电输出低电平，平，VT1、VT2截止，停止对负载截止，停止对负载RL的加热，这样的加热，这样就基本上保持了土壤温度的恒定。就基本上保持了土壤温度

36、的恒定。l 集成温度传感器必须放置在土壤中合适的位置，集成温度传感器必须放置在土壤中合适的位置，另外导线和加热器应有较好的绝缘。另外导线和加热器应有较好的绝缘。l4.自动门控制电路自动门控制电路l 图图13-14是自动门控制电路原理图。人体移动探测采用新是自动门控制电路原理图。人体移动探测采用新型热释电红外线探测模块型热释电红外线探测模块HN911。V1用作延时控制，通过调用作延时控制，通过调节电位器节电位器RPI便可改变延时控制的时间。光耦便可改变延时控制的时间。光耦MoC3020起交起交直流隔离作用。当无人行走需要通过自动门时，直流隔离作用。当无人行走需要通过自动门时，HN911输出输出端

37、端1为低电平，为低电平，V1无控制信号输出，双向晶闸管无控制信号输出，双向晶闸管V2关闭，负关闭，负载电机不工作，门处于关闭状态。载电机不工作，门处于关闭状态。l 当有人接近自动门时，当有人接近自动门时，HN911模块检知到人体红外能量，模块检知到人体红外能量，输出端输出端1为高电平输出，双向晶闸管导通，负载电机工作，为高电平输出，双向晶闸管导通，负载电机工作，打开自动门。打开自动门。l 当自动门运行到位时，由限位开关当自动门运行到位时，由限位开关S切断电源。由于切断电源。由于HN911模块输出端模块输出端2输出的电平正好和输出端输出的电平正好和输出端1的电平相反，的电平相反，故可用输出端故可

38、用输出端2的输出控制自动门关闭。的输出控制自动门关闭。 l图图13-14 自动门控制电路原理图自动门控制电路原理图l5.采用热释电红外传感器的灯控器采用热释电红外传感器的灯控器l 采用热释电红外传感器制作的灯控器，可实现采用热释电红外传感器制作的灯控器，可实现“人来人来灯亮，人走灯灭灯亮，人走灯灭”的功能，省电又方便，适用于宾馆、机的功能，省电又方便，适用于宾馆、机关、居民楼道及家庭使用。关、居民楼道及家庭使用。l 灯控器的电路如图灯控器的电路如图13-15所示。它主要由热释电红外传所示。它主要由热释电红外传感器、红外线处理集成电路、控制电路及电源等组成。在感器、红外线处理集成电路、控制电路及

39、电源等组成。在集成电路集成电路IC1内部，它包括放大器、比较器、状态控制器、内部，它包括放大器、比较器、状态控制器、延时器等。在延时器等。在IC1外部连接的外部连接的R2、RP1和和R3是专为白天自是专为白天自动关灯而设置的调节装置，动关灯而设置的调节装置，R3为一光敏电阻，它的阻值随为一光敏电阻，它的阻值随光照而改变，白天阻值为几百欧至几千欧之间，夜晚将增光照而改变，白天阻值为几百欧至几千欧之间，夜晚将增大到大到1M以上。以上。RP1电位器调节时应使电路在夜幕降临时，电位器调节时应使电路在夜幕降临时，ICl的的2脚输出高电平，而在天亮后输出低电平为宜。脚输出高电平，而在天亮后输出低电平为宜。

40、l图图13-15 灯控器电路原理图灯控器电路原理图l电路中的电路中的R6、R7、R8、 R9是为确定是为确定IC1内部放大器的增内部放大器的增益而设置的。除此之外，益而设置的。除此之外，IC1外接的外接的R11、C10为延时网络为延时网络,延时约延时约2分钟。分钟。l 当热释电红外传感器当热释电红外传感器958检测到人体红外信号时，它将检测到人体红外信号时，它将输出微弱的电信号至输出微弱的电信号至ICI的的14脚，经脚，经IC1内部两级放大器放内部两级放大器放大，再经电压比较器与其设定的基准电压进行比较后，输大，再经电压比较器与其设定的基准电压进行比较后，输出高电平，再经延时处理后，由出高电平

41、，再经延时处理后，由IC1的的2脚输出，驱动脚输出，驱动V1使使继电器继电器K工作，其触点接通电灯电源，点亮电灯。工作，其触点接通电灯电源，点亮电灯。l 当人离去时，当人离去时，2分钟后灯光自行熄灭。该电路还有连续分钟后灯光自行熄灭。该电路还有连续触发的功能，当灯处于导通点亮状态，如果再出现第二次触发的功能，当灯处于导通点亮状态，如果再出现第二次触发，则延时重新开始，保持灯光亮。要是现场有人一直触发，则延时重新开始，保持灯光亮。要是现场有人一直停留而不离去，灯光就会持续点亮而不熄灭。停留而不离去，灯光就会持续点亮而不熄灭。 l6.电饭锅限温器电饭锅限温器l 电饭锅限温器主要由热敏铁氧体、永磁体

42、、拉簧及连电饭锅限温器主要由热敏铁氧体、永磁体、拉簧及连杆等组成，见图杆等组成，见图13-16所示。使用时，打开电源的同时连杆所示。使用时，打开电源的同时连杆向上推动永磁体克服弹簧的拉力，使永磁体和热敏铁氧体向上推动永磁体克服弹簧的拉力，使永磁体和热敏铁氧体吸合。吸合。l 当被加热物体的温度超过限定的温度（即热敏铁氧体当被加热物体的温度超过限定的温度（即热敏铁氧体的居里温度）时，热敏铁氧体失去磁性，永磁体不再对热的居里温度）时，热敏铁氧体失去磁性，永磁体不再对热敏铁氧体有吸力，此时在弹簧拉力的作用下，连杆向下运敏铁氧体有吸力，此时在弹簧拉力的作用下，连杆向下运动，并同时切断加热电源。动，并同时

43、切断加热电源。 l图图13-16 电饭锅限温原理图电饭锅限温原理图l7.电子体温计电子体温计l 在医学中，一个最经常需要了解的数据就是人的体温。在医学中，一个最经常需要了解的数据就是人的体温。利用热敏电阻温度传感器和运算放大器便可组成一个有足利用热敏电阻温度传感器和运算放大器便可组成一个有足够测量精度的医用电子体温计。够测量精度的医用电子体温计。l 电子体温计的电路如图电子体温计的电路如图13-17所示。热敏电阻所示。热敏电阻RT和和R1、R2、R3及及RP1组成一个测温电桥。在温度为组成一个测温电桥。在温度为+20时，选时，选择择R1和和R2并调节并调节RP1使电桥平衡。当温度升高时，热敏电

44、使电桥平衡。当温度升高时，热敏电阻的阻值变小，电桥处于不平衡状态，电桥输出的不平衡阻的阻值变小，电桥处于不平衡状态，电桥输出的不平衡电压，由运算放大器放大，放大后的不平衡电压引起接在电压，由运算放大器放大，放大后的不平衡电压引起接在运算放大器反馈电路中的微安表的相应偏转。运算放大器反馈电路中的微安表的相应偏转。l 热敏电阻选用的阻值在热敏电阻选用的阻值在50050000范围之内。范围之内。l图图13-17 电子体温电路原理图电子体温电路原理图l8.电冰箱温度监视器电冰箱温度监视器l 电冰箱冷藏室的温度一般保持在电冰箱冷藏室的温度一般保持在36时，可保持冷藏时，可保持冷藏食品的新鲜度。如果温度过

45、高，食品容易腐烂，温度过低，食品的新鲜度。如果温度过高，食品容易腐烂，温度过低，又会使食品冻结而味道变差。又会使食品冻结而味道变差。l 采用光电三极管和集成温度传感器制成的电冰箱温度采用光电三极管和集成温度传感器制成的电冰箱温度监视器可为用户提供一种快速检测冰箱冷藏室温度的有效监视器可为用户提供一种快速检测冰箱冷藏室温度的有效手段。每次打开电冰箱门时，放在冷藏室内的监视器会立手段。每次打开电冰箱门时，放在冷藏室内的监视器会立即以发光二极管点亮的不同颜色自动显示冷藏室内的温度即以发光二极管点亮的不同颜色自动显示冷藏室内的温度是否正常。是否正常。l 监视器的电路见图监视器的电路见图13-18所示。

46、温度传感器选用所示。温度传感器选用LM35集集成温度传感器，它的输出电压与温度呈线性关系，约为成温度传感器，它的输出电压与温度呈线性关系，约为10mV/。由于它的输出端经。由于它的输出端经R3接入一个接入一个-0.6V的电位，故的电位，故检测的温度可以扩展至检测的温度可以扩展至0。 l图图13-18 电冰箱温度检视器电路图（电冰箱温度检视器电路图（1）l图图13-18 电冰箱温度检视器电路图（电冰箱温度检视器电路图（2）l 温度传感器温度传感器IC1输出的电压经输出的电压经IC2放大后，输送到由运放大后，输送到由运算放大器算放大器IC3a和和IG3b组成的比较器。比较器对组成的比较器。比较器对

47、IC2的输出电的输出电压与代表冷藏室温度的基准电压进行比较。该基准电压由压与代表冷藏室温度的基准电压进行比较。该基准电压由齐纳二极管齐纳二极管VD5和和R12R21组成的步级分压器产生。组成的步级分压器产生。10刀双刀双列开关列开关S1和和S2分别用来选择最高和最低冷藏室温度的基准分别用来选择最高和最低冷藏室温度的基准电压，再把它们分别加到电压，再把它们分别加到IC3a的反相输入端和的反相输入端和IG3b的同相的同相输入端。输入端。 l 由分压器提供的基准电压分为由分压器提供的基准电压分为9个等级，每级电压代个等级，每级电压代表表1。因此，加到。因此，加到IC3a和和IG3b的基准电压可以用的

48、基准电压可以用S1和和S2分分别设定为别设定为09中的任一数值。中的任一数值。 l 其中，代表冷藏室最高允许温度的基准电压加到其中，代表冷藏室最高允许温度的基准电压加到IC3a的反相输入端，而代表冷藏室最低允许温度的基准电压加的反相输入端，而代表冷藏室最低允许温度的基准电压加到到IC3b的同相输入端。这样，当冷藏室温度高于设定的最的同相输入端。这样，当冷藏室温度高于设定的最高允许温度时，高允许温度时， IC3a输出高电位，使输出高电位，使VT4导通，红色发光导通，红色发光二极管二极管VD3点亮，表示冰箱温度过高，应调小电冰箱温控点亮，表示冰箱温度过高，应调小电冰箱温控器的控制温度；当冷藏室温度

49、低于设定的最低温度时，器的控制温度；当冷藏室温度低于设定的最低温度时，IC3b输出高电位，此时输出高电位，此时VT3导通，黄色发光二极管导通，黄色发光二极管VD2点亮，点亮，表示冰箱温度过低，应调高冰箱温控器的控制温度。表示冰箱温度过低，应调高冰箱温控器的控制温度。 l 当冷藏室温度保持在设定值范围之内时，当冷藏室温度保持在设定值范围之内时，IC3a和和IC3b均均输出低电位，使输出低电位，使VT3、VT4截止，而截止，而VT5和和VT6导通，于是导通，于是绿色发光二极管绿色发光二极管VD4点亮，表示电冰箱温度正常。点亮，表示电冰箱温度正常。 l 为了使发光二极管在打开冰箱冷藏室门时能立即给为

50、了使发光二极管在打开冰箱冷藏室门时能立即给出指示，而关闭门时中断供电电源，监视器采用光电三极出指示，而关闭门时中断供电电源，监视器采用光电三极管管VT1和达林顿管和达林顿管VT2组成电子开关。这样，当关闭电冰组成电子开关。这样，当关闭电冰箱门时，冷藏室内光线变暗，使箱门时，冷藏室内光线变暗，使VT1和和VT2均处于截止状均处于截止状态，从而自动中断监视器的电源；态，从而自动中断监视器的电源；l 当打开电冰箱门时，冷藏室照明灯点亮，使当打开电冰箱门时，冷藏室照明灯点亮，使VT1在光在光照下导通，照下导通，VT2随之也导通，监视器自动接通电源进入工随之也导通，监视器自动接通电源进入工作状态。作状态

51、。 l9.采用集成温度传感器的液位报警器采用集成温度传感器的液位报警器l 报警器的原理电路见图报警器的原理电路见图13-19所示，它由两个所示，它由两个AD590集成集成温度传感器、运算放大器及报警电路等组成。其中传感器温度传感器、运算放大器及报警电路等组成。其中传感器B2设置在警戒液面的位置，而设置在警戒液面的位置，而B1传感器设置在外部。传感器设置在外部。l 平时两个传感器在相同的温度条件下，调节电位器平时两个传感器在相同的温度条件下，调节电位器RP1，使运算放大器的输出为零。使运算放大器的输出为零。l 当液面升高时，传感器当液面升高时，传感器B2将会被液体淹没，由于液体温将会被液体淹没，

52、由于液体温度与环境温度不同，使运算放大器输出控制信号，经报警电度与环境温度不同，使运算放大器输出控制信号，经报警电路报警。路报警。 l图图13-19 报警器的原理电路报警器的原理电路l三、物位传感器应用实例三、物位传感器应用实例l1.高性能水位控制器高性能水位控制器 l 高性能水位控制器采用导电式水位传感器探测水位，高性能水位控制器采用导电式水位传感器探测水位，使用液面专用检测电路使用液面专用检测电路SL2429A及时基电路及时基电路555等组成控制等组成控制电路，如图电路，如图13-20所示。所示。 l 液面专用检测电路内部由稳压器、振荡器、检测器及液面专用检测电路内部由稳压器、振荡器、检测

53、器及放大单元等构成，设有反压保护、温度补偿及抗噪声电路，放大单元等构成，设有反压保护、温度补偿及抗噪声电路，工作可靠，灵敏度高。工作可靠，灵敏度高。 l 电路中电路中C1、C5为振荡电容，为振荡电容，C3、C7为退耦电容，为退耦电容，C8、C4为高频旁路电容。为高频旁路电容。C2、C6为耦合电容，它们分别将为耦合电容，它们分别将IC1、IC2的的8脚输出的振荡信号传送到脚输出的振荡信号传送到9脚。脚。 l图图13-20 高性能水位控制器电路原理图高性能水位控制器电路原理图 l 当探知电极未触水时，当探知电极未触水时，ICI、IC2的的1、14脚输出低电平；脚输出低电平；当水位上升而触及探知电极

54、时，振荡信号被水旁路，当水位上升而触及探知电极时，振荡信号被水旁路，IC1、IC2的的1、14脚输出高电平。由脚输出高电平。由555时基电路组成时基电路组成RS触发器。触发器。l 当无水时，当无水时，R、S端均为低电平，端均为低电平，IC3的的3脚输出高电平，脚输出高电平，继电器继电器K工作，其常开触点闭合，可控制水泵运行上水。工作，其常开触点闭合，可控制水泵运行上水。l 当水面升至当水面升至B点时，点时，IC3的的S端变为高电平，端变为高电平，RS触发器处于触发器处于保持状态，其输出端仍为高电平，水泵继续运行上水。保持状态，其输出端仍为高电平，水泵继续运行上水。l 当水位升至当水位升至A点时

55、，点时，IC3的的R端变为高电平，其输出端端变为高电平，其输出端3脚脚变为低电平，继电器变为低电平，继电器K停止工作，水泵停止运行。停止工作，水泵停止运行。l 当水位低于当水位低于A点后，点后，IC3的的R端又变为低电平，端又变为低电平，RS触发器触发器又进入保持状态。只有当水位低于又进入保持状态。只有当水位低于B点后，水泵才会重新启动。点后，水泵才会重新启动。 l2.太阳能热水器水位报警器太阳能热水器水位报警器l 太阳能热水器一般都设在室外房屋的高处，热水器的太阳能热水器一般都设在室外房屋的高处，热水器的水位在使用时不易观测。水位在使用时不易观测。l 使用水位报警器后，则可实现水箱中缺水或加

56、水过多使用水位报警器后，则可实现水箱中缺水或加水过多时自动发出声光报警声。水位报警器的电路，如图时自动发出声光报警声。水位报警器的电路，如图13-21所所示。示。l 导电式水位传感器的三个探知电极分别和导电式水位传感器的三个探知电极分别和VT1、VT3的的基极及地端相连。电路的电源由市电经变压器降压、整流基极及地端相连。电路的电源由市电经变压器降压、整流器整流提供，发光二极管器整流提供，发光二极管VD5为电源指示灯。报警声由音为电源指示灯。报警声由音乐集成电路乐集成电路9300产生，产生，R8及及VD10产生的产生的3.6V直流电压供直流电压供9300使用，使用，VT4、VT5组成音频功放级，

57、将组成音频功放级，将IC输出的信号输出的信号放大后，推动扬声器发出报警声。放大后，推动扬声器发出报警声。 l图13-21 水位报警器的电路l 当水位在电极当水位在电极1、2之间正常情况下，电极之间正常情况下，电极1悬空，悬空，VT1截截止，高水位指示灯止，高水位指示灯VD8为熄灭状态。由于电极为熄灭状态。由于电极2、3处在水中，处在水中，由于水电阻的原因，使由于水电阻的原因，使VT3导通，导通，VT2截止，低水位指示灯截止，低水位指示灯VD9也处于熄灭状态。整个报警系统处于非报警状态。也处于熄灭状态。整个报警系统处于非报警状态。l 当热水器水箱中的水位下降低于电极当热水器水箱中的水位下降低于电

58、极2时，时，VT3截止，截止，VT2导通，低水位指示灯导通，低水位指示灯VD9点亮。由点亮。由C3及及R4组成的微分电组成的微分电路在路在VT2由截止到导通的跳变过程中产生的正向脉冲，将触由截止到导通的跳变过程中产生的正向脉冲，将触发音乐集成电路发音乐集成电路IC工作，随之扬声器发出工作，随之扬声器发出30s的报警声。告知的报警声。告知主人水箱将要缺水了。主人水箱将要缺水了。 l 同理，当水箱中的水超出电极同理，当水箱中的水超出电极1时，时，VT1导通，高水位指导通，高水位指示灯示灯VD8点亮，同时点亮，同时C2和和R4微分电路产生的正向脉冲触发音微分电路产生的正向脉冲触发音乐集成电路乐集成电

59、路IC工作，使扬声器发出报警声，告知主人水箱中工作，使扬声器发出报警声，告知主人水箱中的水快溢出来了。的水快溢出来了。 l3.远距离水位遥测仪远距离水位遥测仪 l 该水位遥测仪电路简单、安装方便、长期工作可靠。该水位遥测仪电路简单、安装方便、长期工作可靠。检测人员可在远离现场的值班室内通过仪器上的十个发光检测人员可在远离现场的值班室内通过仪器上的十个发光二极管的点亮情况，了解水箱内水位的情况。二极管的点亮情况，了解水箱内水位的情况。l 整个水位遥测器由发送和接收显示两部分组成，在发整个水位遥测器由发送和接收显示两部分组成，在发送部分和接收部分之间通过电缆进行连接。送部分和接收部分之间通过电缆进

60、行连接。l 图图13-22是水位遥测仪的电路原理图。发送部分由导电是水位遥测仪的电路原理图。发送部分由导电式水位传感器、十进制计数式水位传感器、十进制计数/分配器、和非门电路组成。接分配器、和非门电路组成。接收及显示部分主要由十进制计数收及显示部分主要由十进制计数/分配器和发光二极管等组分配器和发光二极管等组成。成。 l图图13-22 水位遥测仪的电路原理图水位遥测仪的电路原理图l 假定水位在电极假定水位在电极F、G之间，当之间，当IC1的的Q0输出高电平时，输出高电平时，由于水电阻和由于水电阻和R1的分压，使反相器的分压，使反相器F4输入端为高电平，其输入端为高电平，其输出为低电平，由输出为