简单的环境光传感器电路

作者：Chau Tran and Paul Mullins

环境光越来越被认为是收集能量的来源，为心跳监测器、浴室固定装置、远程天气传感器和其他低功耗设备供电。能量收集系统的核心是能够准确测量环境光。该设计理念描述了一种简单、经济高效的电路，该电路提供与环境光强度成比例的电压。

该传感器是一个光相关电阻器（LDR），即RadioShack的276-1657型光敏电阻，其电阻随环境光强度而变化，如图1所示。它的电阻从黑暗中的数百万欧姆降低到明亮光线下的几百欧姆。它能够检测光线水平的大小波动，可以区分一个或两个灯泡、阳光直射、完全黑暗或介于两者之间的任何东西。每个应用都需要适当的电路和物理设置，并且可能需要对遇到的确切照明场景进行一些校准。该传感器可以安装在透明、防水的外壳中，因此可以在任何天气条件下部署在任何操作区域。

图1.传感器电阻与光强度的关系。

图2.简单的电路测量光强度。

图2所示电路提供响应输入电压和光强度的输出电压，光敏电阻用作仪表放大器AD8226的增益电阻。AD8226的传递函数为：

      其中G是电路增益，VIN+和VIN–分别是正输入和负输入端的电压，VREF是REF引脚上的电压。当负输入和REF引脚接地，并将VIN+施加到正输入时，增益为：

或

当LDR的值已知时，可以将其转换为照明级别。因此，任务变成了使用已知施加的输入电压监控仪表放大器的输出之一。五在+可以是交流电压、直流电压或电源的缩放版本。注意，增益精度取决于两个内部调整薄膜电阻的精度。

该电路通过将光敏电阻的电阻转换为可在远程位置测量的电压，提供了一种经济高效的环境光测量方法。之所以选择AD8226，是因为它具有宽电源工作范围（2.7 V至36 V）、低静态电流（在整个电源范围内小于500 μA）、轨到轨输出和功能完整性。该电路可以处理从几欧姆到无穷大的任何增益电阻。随着仪表放大器变得越来越便宜，其性能的提高使其成为运算放大器的理想替代品。

图3显示了该电路使用100 mV p-p、900 Hz正弦波作为V的典型响应HNJ.LDR 的明暗值可视为 ~840 Ω 和 ~5500 Ω。这些电阻值可以使用LDR的校准转换为光照水平。

图3.电路在具有明亮和黑暗环境条件的房间中的性能。

审核编辑：郭婷