光传感器的基本概念及工作原理

用于检测数量或事件的变化并适当地产生输出的设备可以称为传感器，传感器有多种类型，例如压力传感器、超声波传感器、光传感器、温度传感器、红外传感器、触摸传感器、湿度传感器、烟雾和气体传感器等。

在本文中，小编介绍一种普遍且常用的传感器——光传感器，下面一起来看看光传感器的作用和原理!

基本概念

基于日光强度(也包括人造光)工作的特殊类型的传感器称为光传感器(Light Sensor)，它是重要的传感器之一。光传感器有多种类型，包括光伏电池、光电晶体管、光敏电阻、光电管、光电倍增管、光电二极管、电荷耦合器件等，所有这些都是模拟传感器。

当今可用的简单光传感器是光敏电阻器( LDR)，其特性是它的电阻与环境光的强度成反比，即当光的强度增加时，它的电阻减小，反之亦然。光敏电阻器是无源的，不会产生任何电能。

光敏电阻的电阻会随着日光强度的变化而变化(基于光敏电阻上照射的光)，而且光敏电阻也可以在肮脏和恶劣的外部环境中使用，因为它本质上是坚固的。因此，与其他光传感器相比，对于户外照明和自动街道照明电路，光敏电阻是首选。

此外，光敏电阻是一个可变电阻器，其阻值由光强控制。高电阻半导体材料和硫化镉(表现出光电导性)用于设计光敏电阻。

如上图所示，在夜间，如果光敏电阻传感器上的光照减少，则光敏电阻电阻会变得非常高(大约几兆欧姆)。在白天，如果光敏电阻上的灯被照亮，那么光敏电阻的电阻就会变低(大约几百欧姆)。因此，光敏电阻的电阻和光敏电阻上照射的光相互成反比，上图表示它们的反比关系。

除了上述光传感器之外，还有BH1750、TSL2561等数字光传感器，可以计算光的强度并提供数字等效值。

光传感器电路

自动光感测电路可用于自动控制电灯、风扇、冷却器、空调、路灯等电器。使用这种自动光传感器电路根据落在光传感器上的日光强度工作，可以消除控制或切换负载操作的人力。因此，可以将其称为自动光传感器电路。

例如，使用传统方法在高速公路上控制路灯是比较危险的，而且也会造成电力浪费。现在，简单介绍下如何制作光传感器电路来进行控制。

其实，可以使用各种电气和电子元器件设计自动光传感器电路。该电路中使用的主要组件是光传感器、达林顿对晶体管和继电器。不过，在讨论光传感器电路的工作原理之前，必须了解用于设计自动光传感器电路的各种元件的实际用处。

1、达林顿对晶体管

背靠背连接的两个晶体管称为达林顿对，这种达林顿对晶体管可以被认为是具有非常高电流增益的单个晶体管。一般来说，如果基极电压大于0.7v，则晶体管导通。但是，如果考虑一个达林顿对，由于需要打开两个晶体管，因此基极电压必须为1.4v。

2、中继器

继电器在自动光传感器电路中起主要作用，用于激活电器或将负载与交流电源一起连接到自动光传感器电路。通常情况下，继电器由一个线圈组成，当它获得足够的电源时会通电。

应用电路设计如下图所示，如果日光落在光敏电阻(白天)上，那么光敏电阻的电阻将非常低(只有100欧姆)。电源通过光敏电阻和电阻器接地。这是由于电流原理，低电阻路径。因此，继电器线圈没有足够的电源来获得足够的电源来通电，这导致负载保持关闭状态。

同样，如果黑暗落在低电阻路径上，则低电阻路径将具有高电阻(几兆欧姆)。因此，由于低电阻路径的电阻非常高，没有(或非常少)电流流过。现在，流过低电阻路径的电流导致达林顿对晶体管基极电压增加到超过1.4v。因此，继电器线圈通电，负载在夜间开启。

注意：上述电路图也可以使用运算放大器来代替达林顿对晶体管进行设计。

主要应用

自动光传感器电路可用于设计许多基于嵌入式系统的实用项目，一些基于光传感器电路的项目包括：

白天自动关闭的太阳能高速公路照明系统

光传感器的安全警报系统

日落到日出照明开关

Arduino管理的基于光敏电阻的高灵敏度路灯控制系统节电器

例如，下面是一个自动晚上开到早上关灯的电路设计，原理是自动从黄昏到黎明的灯光基于光敏电阻的光传感器工作，黄昏到黎明光时段传感器电路会在早晨自动关闭负载(当日光落在光敏电阻上时)。同样，在晚上时间(光敏电阻上无光照时)负载会自动打开。

总结

光传感器是一种传感装置，主要由光敏元件组成，它能敏锐感应紫外光到红外光的光能量，并将光能量转换成电信号的器件。目前光传感器可以分为模拟和数字等多个类型，但是比较常用的还是光敏电阻器(LDR)。