项目七 Project 汽车传感器与信号处理
7 项目描述
车用传感器是汽车计算机系统的输入装置，它把汽车运行中各种工况信息，如车速、各种介质的温度、发动机运转工况等，转化成电信号输给计算机，以便发动机处于最佳工作状态。本项目我们通过学习电控系统中不同性质传感器的特性、原理及检测，为后续课程打下坚实的基础。
学习任务一 汽车光电阳光传感器
学 习 目 标 ◎ 知识目标
（1）理解光电二极管的工作原理与特性。 （2）会比较光电二极管与普通二极管的异同。 ◎ 技能目标
（1）掌握用万用表测量光电二极管。
（2）掌握光电二极管的简单电路的连接与分析。 ◎ 素质目标
（1）规范课堂6S管理。
（2）养成团队协作的好习惯。 （2）养成独立思考问题的好习惯。
建议完成本学习任务的时间为4课时。
学习任务导入
光电二极管在汽车上通常做成光电转速传感器，在自动空调上做成光电阳光传感器。一辆本田奥德赛轿车自动空调失灵，怀疑是阳光传感器出问题，需要你进行检修。
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学习内容
光电阳光传感器的作用 光电二极管电路特点 光电二极管电路分析光电二极管的原理 汽车光电阳光传感器 与检测 光电二极管的检测 光敏电阻原理与检测 获取信息
引导问题1 什么是传感器？有哪些部分组成？
传感器是指能感受规定的物理量，并按一定规律转换成可用输入信号的器件或装置。简单地说，传感器是把非电量转换成电量的装置。
传感器通常由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成。
1）敏感元件是指能直接感受（或响应）被测量的部分，即将被测量通过传感器的敏感元件转换成与被测量有确定关系的非电量或其它量。 2）转换元件则将上述非电量转换成电参量。
3）测量电路的作用是将转换元件输入的电参量经过处理转换成电压、电流或频率等可测电量，以便进行显示、记录、控制和处理的部分。 引导问题2 什么是光电二极管？其工作原理是怎样的？
图7-1 光电二极管
光电二极管和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。但在电路中它不是作整流元件，而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。
原理：普通二极管在反向电压作用时处于截止状态，只能流过微弱的反向电流，光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大，以便接收入射光。光电二极管是在反向电压作用下工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。光的强度越大，反向电流也越大。光的变化引起光电二极管
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电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件。 引导问题3 光电二极管有哪些主要技术参数？
1）最高反向工作电压
此电压为光电二极管反向工作时不足以使其击穿的最高电压。 2）暗电流
也称无照电流，是指没有光照时，光电二极管产生的反向电流，反向电流很小（一般小于0.1微安）。 引导问题4 光电二极管的种类有哪些？各自的特性与用途怎样？
1）PN型
特性：优点是暗电流小，一般情况下，响应速度较低。
用途：照度计、彩色传感器、光电三极管、线性图像传感器、分光光度计、照相机曝光计。
2）PIN型
特性：缺点是暗电流大，因结容量低，故可获得快速响应。
用途：高速光的检测、光通信、光纤、遥控、光电三极管、写字笔、传真。 3）发射键型
特性：使用Au薄膜与N型半导体结代替P型半导体。 用途：主要用于紫外线等短波光的检测。 4）雪崩型
特性：相应速度非常快，因具有倍速作用，故可检测微弱光。 用途：高速光通信、高速光检测。 制定计划
各小组成员制定实施本次实训任务的具体步骤、操作方法，预期效果。 步骤 内容 1 2 3
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做出决策
教师根据学生提交的计划进行审核评价，如果不通过则由教师提出整改意见，通过之后每小组根据本小组制定的计划实施任务。 小组 评价 1 2 3 4 5
实施计划
一、任务准备
引导问题5 完成本次学习任务需要准备哪些积木、器材？ 5 / 14
积木连线实训板 万用表 可调锂电池模块 敏感电阻积木板 光敏元件积木板 光强传感器实训板 阳光传感器实训板 连接导线
二、任务要求
1 教学组织
分组实训:全班____人，每____人一组，分为____组，___套实训器材，每组小组长一名。
2 职责分工
教师职责：课堂纪律与安全管理、实训器材管理、指导与巡查。
学生职责：班长协助教师对班级全面管理与监控、学习委员负责器材管理和检查、团委书记负责安全与纪律及素质评价、副班长负责收集和反馈学生意见，实训小组长负责指导组内学习和交流。
要求：安全 整理 整顿 清洁 清扫 素养 3 6S
三、任务步骤
步骤一 实训积木板的认识及检查
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步骤 图示 任务内容 完成情况 1 检查固定电压输出、可调电压输出、电压显示是否正常。 是□否□ 2 波动万用表档位开关，检查功能、液晶显示是否正常。 是□否□ 3 读识各个敏感电阻符号与实物，检查外观有无异常。 是□否□ 4 读识光敏元件电路符号与实物，检查外观有无异常。 是□否□ 5 读识电路原理图与接线端子的功能，检查各元件外观有无异常。 是□否□
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6 读识电路原理图与各接线端子的功能，检查各元件外观有无异常。 是□否□ 步骤二 光敏电阻的测量 步骤 图 示 工作页 1 阅读知识链接，读识光敏电阻的结构示意图。 知识链接：什么是光敏电阻？其工作原理是怎样的？ 光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。 光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压。 2 用万用表欧姆档连接光敏电阻接线端子，选择合适的量程，在没有遮光时光敏电阻的阻值为___________。（环境不同测量结果会有较大偏差）。
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3 用手的一部分遮住光敏电阻，可以看到阻值发生明显变化，此时光敏电阻的阻值为_______________________。 4 用手完全遮住光敏电阻，此时光敏电阻的阻值为__________，从实训中我们可以得出光敏电阻的特性是随光照强度的增加阻值_______________。 步骤三 光强传感器特性实训 步骤 图示 工作页 1 读识原理图，电位器W1控制LED1的电流，从而控制LED1的_________，光敏电阻接收LED1的光，从而改变阻值，控制LED2的电流，从而控制它的亮度，输出端OUT测量的是________的电压。 2 用连接导线按照积木连接示意图连接成完整电路，注意连接前先关闭电源开关。
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检查无误后接通电源，万用表调至直流电压20V挡，从左至右旋转电位器，观察各个LED和万用表读数的变化。当光照较弱时，光敏电阻两端的电阻较__________，输出电压__________，LED2的亮度____________。 3 4 当光照较强时，光敏电阻两端的电阻较__________，输出电压__________，LED2的亮度____________。 步骤四 光电二极管的检测 步骤 图 示 工作页 1 按照示意图连接实际电路，参考知识链接。 知识链接：如何检测光电二极管的好坏？ （1）电阻测量法：用万用表欧姆挡，光电二极管正向电阻约10kΩ左右。在无光照情况下，反向电阻为∞时，这管子是好的（反向电阻不是∞时说明漏电流大）；有光照时，反向电阻随光照强度增加而减小，阻值可达到几kΩ或1kΩ以下，则管子是好的；若反向电阻都是∞或为零，则管子是坏的。 （2）电压测量法：用万用表2V档，用红表笔接光电二极管“+”极，黑表笔接“—”极，在光照下，其电压与光照强度成比例，一般可达0．2—0．4V。 10 / 14
2 无遮光环境下用万用表二极管档测量光电二极管两端，其正向电阻值为_______。 11 / 14
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3 无遮光环境下用万用表欧姆档测量光电二极管两端，其反向电阻值为_______（测量数值随环境亮度变化较大）。 4 用万用表直流电压2V档测量，无光照或微光照时其两端电压_________；极性________。 5 用万用表直流电压2V档测量，有光照时其两端电压_________；极性________。 步骤五 阳光传感器特性实训 步骤 图 示 工作页 1 读识电路原理图，电路分两部分，一部分是LED亮度控制电路，另一部分是光电二极管接收电路。 2 用连接导线按照积木连接示意图连接成完整电路，注意连接前先关闭电源开关。 12 / 14
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3 检查无误后接通电源，万用表调到直流电压20V档，从左至右调节发光二极管D2亮度电位器，观察D1亮度变化，并记录相关数据。 4 我们可以看到随发光二极管D2亮度的增强光电二极管两端的电压的变化范围________________，同时发光二极管D1亮度变化的情况是__________________。 检查控制
检查项目 连线是否规范 是否出现异常现象 结果或数据 检查项目 是否认真观察实训现象 测量数据是否准确 结果或数据 检查项目 是否单独完成工作页 是否严格执行6S管理 结果或数据
评价反馈
一、自我评价 在知识与技能方面的收获： 牢固掌握 能够说明光电二极管的工作原理 能够比较光电二极管与普通二极管的异同 能够用万用表检测光电二极管的性能 能够说明光敏电阻的原理并检测光敏电阻 能够连接光强传感器特性实训电路并分析电路 掌握的程度 基本掌握 模糊不清 13 / 14
能够连接阳光传感器特性实训电路并分析电路 希望自我改进的地方 希望老师改进的地方 实训小组学生： 完成时间： 年 月 日
二、小组和教师对本学习任务进行评价 考核项目 团队合作 活动参与 安全实训 现场6S 任务方案 评分标准 是否协调信任 是否积极主动 有无安全隐患 是否做到 是否正确、合理 是否独立完成实训 工作页完成情况 是否圆满完成 是否规范、标准 是否能够回答正确 是否完好 分数 5 5 10 10 5 学生自评 小组互评 教师评价 （权重20%） （权重60%） （权重20%） 40 小计 实训过程 任务完成情况 工具和设备使用 问答 实训设备 总分
5 10 5 5 100 得分 教师签名： 年 月 日 14 / 14
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