【正文】 入睡前先頂好時間，等睡熟后到了預定時間，空調自動關機。定時器除了應用于家用電器外，還廣泛地用于工業(yè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和服務設施，甚至軍事等。所以電子定時器的發(fā)展必定大有前途。 智能光電定時器設計一、 智能光電定時器設計要點光電器件有發(fā)光器件和光敏器件兩大類。光線照射到光敏器件，光敏器件的輸出電流就會變化。單片微型計算機，它在一塊芯片內集成了計算機的各種功能部件構成了一種單片式微型計算機。本設計最大的特點就是利用了各光電器件的開關特性和單片機強大的處理功能。撥碼開關置入方式，其定時的時間精度為1秒鐘；有兩個撥碼開關，一個設置為分鐘位，一個設置為秒鐘位。光電置入方式定時的時間精度為1秒鐘。含光敏電阻的電路（）做時間置入結束的輸入位；含紅外光電對管的電路（）設置為分鐘的輸入位；含反射式光電開關的電路（）設置為秒鐘位的輸入位。穩(wěn)壓電路復位電路（開始置入時間） 時間置入結束電路（開始計時）秒鐘的置入電路 分鐘的置入電路指示燈電路蜂鳴器電路當定時時間到，有聲光提示：撥碼開關置入方式，音樂芯片用做聲音提示；光電置入方式，其聲音提示為用軟件所編寫的音樂程序。 二、 智能光電定時器硬件設計1． 電路圖智能光電定時 器電路圖智能光電定時 器PCB圖2. 光電傳感器光電傳感器的作用主要是將光信號轉換為電信號，它是一種利用光敏器件作為檢測元件的傳感器。即利用的是光電效應。利用這類效應的傳感器主要有光電管、光電倍增管等。它可分為光電導效應（即電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)轉換為自由狀態(tài)，從而引起電阻率變化）和光生伏特效應（物體在光線作用下產(chǎn)生一定方向的電動勢）。下面介紹一些常用的光電器件：2．1 光敏電阻（一） 光敏電阻的工作原理 光敏電阻是用光電導體制成的光電器件（即PC器件），又稱光導管，它是基于半導體光電效應工作的。當它無光照時，光敏電阻值（暗電阻）很大，電路中電流很小。光敏電阻的靈敏度易受潮濕的影響，因此要將光電導體嚴密封裝在帶有玻璃的殼體中。而且體積小、重量輕、性能穩(wěn)定。 （二）光敏電阻的主要參數(shù)暗電阻 光敏電阻在室溫條件下，在全暗后經(jīng)過一定時間測量的電阻值，稱為暗電阻。亮電阻 光敏電阻在某一光照下的阻值，稱為該光照下的亮電阻，此時流過的電流稱為亮電流。光敏電阻的暗電阻越大，而亮電阻越小，則性能越好，也就是說，暗電流要小，光電流要大，這樣的光敏電阻的靈敏度就高。（三）光敏電阻的基本特性伏安特性 在一定照度下，光敏電阻兩端所加的電壓與光電流之間的關系，稱為伏安特性（）。但是不能無限制地提高電壓，任何光敏電阻都有最大額定功率、最高工作電壓和最大額定電流。硫化鎘光敏電阻的伏安特性曲線 光敏電阻的光照特性曲線光照特性 光敏電阻的光電流與光強之間的關系，稱為光敏電阻的光照特性。由于光敏電阻的光照特性呈非線性，因此它不宜作為測量元件，一般在自動控制系統(tǒng)中常用作開關式光電信號傳感元件。從圖中可以看出，硫化鎘光敏電阻的光譜響應峰值在可見光區(qū)域，而硫化鉛的峰值在紅外區(qū)域。響應時間和頻率特性 實踐證明，光敏電阻受到脈沖光照射時，光電流并不立刻上升到最大飽和值，而光照去掉后，光電流也并不立刻下降到零。它通常用到響應時間t表示。 上升和下降時間是表征光敏電阻性能的重要參數(shù)之一。一般光敏電阻的響應時間都較大（約幾十~幾百毫秒）。由于不同材料的光敏電阻具有不同的響應時間，所以它們的頻率特性也就不盡相同了（見圖18）。光敏電阻的時間特性與輸入光的照度、工作溫度有明顯的依賴關系。由圖知，只有PbS光敏電阻的頻率特性稍好些，可工作到幾千赫茲。但有響應時間長、頻率特性差、強光線性差與受溫度影響大的缺點。如照相機的電子快門電路，可用于自動控制曝光時間。它所發(fā)出的光波波長與所用材料有關，~；。LED有其獨特的優(yōu)點：驅動電路比較簡單，輸出功率無需反饋控制，體積小，壽命長，可在很寬的溫度范圍內工作。(一)、 發(fā)光二極管的結構與工作原理 發(fā)光二極管（即LED）是一種注入式電致發(fā)光器件，它由P型和N型半導體組合而成。當PN結加上正向電壓時，結區(qū)勢壘降低，P區(qū)的空穴載流子p向N區(qū)擴散，N區(qū)的電子n向P區(qū)擴散，p與n在PN結區(qū)相遇復合釋放能量而發(fā)光。光二極管是一種電流驅動器件。恒定支流驅動電路如圖示。由于是恒定直流驅動，發(fā)光二極管發(fā)出的光強也是恒定的。脈沖直流驅動具有提高作用距離、提高抗干擾能力、降低發(fā)射器電源消耗等優(yōu)點。發(fā)光二極管內部的晶片所用材料不同，所發(fā)出的光線的光譜（光線的頻率范圍）不同，因而所發(fā)光的顏色也不同。有的發(fā)不可見的紅外光。其差別是，而發(fā)光二極管的開啟電壓更大些。開啟電壓還隨環(huán)境溫度的升高而減小。發(fā)光二極管的反向擊穿電壓一般約為5V左右，最高也不超過30V。發(fā)黃光的發(fā)光二極管的響應時間最長，約100us；發(fā)紅光的和橙光最短，約10ns，其于的也都在150ns以下。2. 發(fā)光二極管的特性參數(shù) 發(fā)光光譜是指發(fā)光的相對強度（或能量）隨波長（或頻率）變化的分布曲線。發(fā)射光譜的形成是由材料的種類、性質以及發(fā)光中心的結構決定的，而與器件的幾何形狀和封裝方式無關。發(fā)光二極管的峰值波是由材料的禁帶寬度決定的。當GaAs1xPx中的x值不同時，峰值波長在620～680nm之間變化，譜線半寬度大致為20～30nm。2．伏安特性，它與普通二極管的伏安特性大致相同。反向擊穿電壓一般在5V以上。（綠）發(fā)光二極管的亮度與電流密度的關系。因為脈沖狀態(tài)工作不易發(fā)熱，在平均電流與直流相等的情況下可以得到更高的亮度。二極管的壽命一般都很長，在直流密度小于1A/cm2時，一般可達106h可，最長可達109 h。老化的快慢與工作電流密度有關。5．響應時間 在快速顯示時，標志器件對信息反應速度的物理量叫響應時間，即指器件啟亮（上升）與熄滅（衰減）時間的延遲。它的響應時間一般是很短的，如GaAs1xPx僅為幾個ns，GaP約為100ns。(三)、發(fā)光二極管的應用 1．數(shù)字，文字及圖象顯示，它是把管芯切成細條拼成如圖所示的形狀。它已在臺式及袖珍型半導體電子計算機，數(shù)字手表、數(shù)字鐘和數(shù)字化儀器的數(shù)字顯示上得到廣泛應用。七段式數(shù)碼管 14劃字碼管 文字顯示器的內部接線在文字顯示上，通常是把二極管作矩陣排列，它除能完成數(shù)碼管所能顯示的字符外，還能顯示文字和一些其他符號?？紤]到要顯示小數(shù)點時，這種顯示器便需要57＋1=36個發(fā)光單元，13根引出線。目前已有雙色、多色甚至變色的單個發(fā)光二極管，如英國的絳紅、橙、綠三種顏色的管芯組裝在一個管殼里的顯示多種顏色的單個發(fā)光管。LED可用來制作光電開關、光電報警、光電遙控及光電耦合器件等。光耦合器的主要功能，是利用光來實現(xiàn)電信號的傳遞。工作時，把電信號加到輸入端，使發(fā)光器件管芯發(fā)光，而受光器件管芯在此光輻射的作用下輸出光電流，從而實現(xiàn)電——光——電兩次轉換，通過光進行了輸入端和輸出端之間的耦合。在以硅光敏器件為受光部分的光耦合器中，又由于受光器件的不同而有不同的品種。光耦合器的主要特點：1） 輸入與輸出間絕緣；2） 信號單向傳遞，輸出信號對輸入端無影響；3） 抗干擾能力強；4） 響應速度較快；5） 工作穩(wěn)定可靠、無觸點、壽命長。因此當被測物體改變光路的通斷狀態(tài)，將引起電路的通斷，起到開關和繼電器的作用。光電開關應用極廣，利用它可簡單方便的實現(xiàn)自動控制與自動檢測。光電開關示意圖。圖中左槽沿安裝一個砷化鎵（GaAs）近紅外發(fā)光二極管，其峰值波長為880nm，右邊為硅光敏三極管，其峰值波長也為880nm。若發(fā)光二極管通以電流，發(fā)光二極管便會發(fā)出紅外光。這樣，槽型光電耦合器便起到開關的作用，故稱為光電開關，也稱為光電斷路器。 投射式光電傳感器光電開關的發(fā)光二極管和光敏三極管一般采用直流供電可。抽屜裝有插銷。抽屜拉出后，插銷離開槽隙，使發(fā)光二極管的光照射到光敏三極管上，光敏三極管通過電流。（a）是一種反射式光電開關的外形圖。光線發(fā)出后只有經(jīng)過障礙物反射回來后光敏三極管才可接收到，（b）所示。GaAs（砷化鎵）紅外發(fā)光二極管的上升和下降時間為4ns，硅光敏三極管的上升和下降時間為3us。光敏三極管的上升和下降時間按3us計算。也可采用單個紅外發(fā)光二極管與光敏管設計組裝成各種遙控或遠距離檢測的光電開關（）光電開關的應用2. 紅外光電對管 發(fā)射電路由紅外發(fā)射管和電阻組成。當輸出變化的電脈沖信號時，發(fā)射管發(fā)射出的紅外線強度就隨之變化。 接收電路由光電接收管和電阻組成。當紅外光照射光電接收管時，光電接收管的電阻將減小，光電接收管使電阻的電流增大，從而電阻兩端產(chǎn)生隨入射紅外光強弱變化的電壓，此變化的電壓信號經(jīng)紅外接口輸入主機。常見光電接收管有兩種形式，一種是光電接收二極管，一種是光電接受三極管（只有兩只引腳）（光電三極管較為常見）。1．測試紅外線發(fā)射管紅外線發(fā)射管是二極管，可用萬用表電阻的RK檔測量紅外發(fā)射管正反向電阻，反向電阻通常無窮大，正向電阻一般為15K。測光電接收二極管時，萬用表電阻RK檔測量光電二極管兩只引腳間正反向電阻，正向電阻約為5K左右，不受光線影響；反向暗電阻（不受光照射時）應大于500K（越大越好）；反向明電阻（強光照射時）小于0，小于0的原因是受光線照射后，二極管PN結將獲得的光能轉換為電能。這種管子把接收到的光的變化變成電流的變化，再經(jīng)放大和處理，用于各種控制目的。它們除了用于家用電器遙控外，還用于光纖通訊、光纖傳感器、火災報警傳感器、光電轉換儀器、光電耦合器、光電開關、光電讀出機（自動閱卷等）等。其基本原理是，當光照射到PN結上時，PN結便吸收光能并把它轉變?yōu)殡娔堋?）光敏二極管的加反向電壓時，電流（稱為光電流）隨光照強度變化而變化。這是最常用的狀態(tài)。當光強度