簡單的環(huán)境光傳感器電路
發(fā)布時間:2020-03-12 來源:Chau Tran 和 Paul Mullins 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】人們越來越多地認(rèn)為環(huán)境光是一種能源,可用于驅(qū)動心率監(jiān)控器、浴室燈具、遠(yuǎn)程天氣傳感器和其他低功耗器件。對于能量采集系統(tǒng),最關(guān)鍵的是精確測量環(huán)境光的能力。本設(shè)計(jì)思路將描述一種簡單的低成本電路,可以根據(jù)環(huán)境光的強(qiáng)度按一定比例提供電壓。
所用傳感器是一款光敏電阻(LDR)——由RadioShack提供的276-1657型光敏電阻——其電阻隨環(huán)境光強(qiáng)度而變化,如圖1所示。其電阻值可從黑暗環(huán)境中的數(shù)百萬Ω降低至亮光環(huán)境中的幾百Ω。該傳感器可以檢測到光線水平的大小波動,能區(qū)分一個或兩個燈泡的亮度、直射陽光、全黑或者中間水平。每種應(yīng)用都需要適當(dāng)?shù)碾娐泛臀锢碓O(shè)置,可能還需要進(jìn)行一定的校準(zhǔn),以滿足具體光照場合的需要。該傳感器可以裝在透明的防水外殼中,因此可用于各種天氣條件下的任何作業(yè)現(xiàn)場。
圖1.傳感器電阻與光線強(qiáng)度的關(guān)系
圖2.用簡單電路測量光線強(qiáng)度
圖2所示電路根據(jù)輸入電壓和光線強(qiáng)度產(chǎn)生輸出電壓,光敏電阻充當(dāng)AD8226儀表放大器(in-amp)的增益電阻。AD8226傳遞函數(shù)為:
其中,G為電路增益, VIN+ 和 VIN–分別為正負(fù)輸入的電壓, VREF為 REF 引腳的電壓。當(dāng)負(fù)輸入和REF引腳接地時,VIN+應(yīng)用于正輸入,增益為:
or
若LDR的值已知,則可轉(zhuǎn)換成光照水平。因此,在已知輸入電壓的情況下,任務(wù)就變成了對儀表放大器輸出進(jìn)行監(jiān)控。VIN+可以是交流電壓、直流電壓或電源的一部分。請注意,增益精度取決于兩個內(nèi)部調(diào)整薄膜電阻的精度。
這種電路通過將遠(yuǎn)程測量的光敏電阻值轉(zhuǎn)換成電壓,為環(huán)境光的測量提供了一種極具成本優(yōu)勢的解決方案。我們選擇AD8226是因?yàn)樗哂袑掚娫措妷汗ぷ鞣秶?.7 V至36 V)、低靜態(tài)電流(不到500 µA,全電源電壓范圍)、軌到軌輸出和功能齊全等特性。該電路可使用任何增益電阻,從幾Ω到無窮大均可。日益下降的成本、不斷提升的性能使儀表放大器成為運(yùn)算放大器的理想替代產(chǎn)品。
圖3所示為這種電路的典型響應(yīng),其中用100-mVp-p、900-Hz正弦波作為VIN+.從圖中可以看出,LDR在明亮和黑暗環(huán)境中的值為~840 Ω和~5500 Ω。利用LDR的校準(zhǔn),可以將這些電阻值換算成光線水平。
圖3.電路在明亮和黑暗環(huán)境條件下的房間中的性能
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