简单的环境光传感器电路

　　人们越来越多地认为环境光是一种能源，可用于驱动心率监控器、浴室灯具、远程天气传感器和其他低功耗器件。对于能量采集系统，最关键的是精确测量环境光的能力。本设计思路将描述一种简单的低成本电路，可以根据环境光的强度按一定比例提供电压。
　　所用传感器是一款光敏电阻(LDR)——由RadioShack提供的276-1657型光敏电阻——其电阻随环境光强度而变化，如图1所示。其电阻值可从黑暗环境中的数百万Ω降低至亮光环境中的几百Ω。该传感器可以检测到光线水平的大小波动，能区分一个或两个灯泡的亮度、直射阳光、全黑或者中间水平。每种应用都需要适当的电路和物理设置，可能还需要进行一定的校准，以满足具体光照场合的需要。该传感器可以装在透明的防水外壳中，因此可用于各种天气条件下的任何作业现场。
　　


　　图1.传感器电阻与光线强度的关系
　　


　　图2.用简单电路测量光线强度
　　图2所示电路根据输入电压和光线强度产生输出电压，光敏电阻充当AD8226仪表放大器(in-amp)的增益电阻。AD8226的传递函数为：
　　


　　其中，G为电路增益，VIN+和VIN–分别为正负输入的电压，VREF为REF引脚的电压。当负输入和REF引脚接地时，VIN+应用于正输入，增益为：
　　


　　or
　　


　　若LDR的值已知，则可转换成光照水平。因此，在已知输入电压的情况下，任务就变成了对仪表放大器输出进行监控。VIN+可以是交流电压、直流电压或电源的一部分。请注意，增益精度取决于两个内部调整薄膜电阻的精度。
　　这种电路通过将远程测量的光敏电阻值转换成电压，为环境光的测量提供了一种极具成本优势的解决方案。我们选择AD8226是因为它具有宽电源电压工作范围(2.7 V至36 V)、低静态电流(不到500 μA，全电源电压范围)、轨到轨输出和功能齐全等特性。该电路可使用任何增益电阻，从几Ω到无穷大均可。日益下降的成本、不断提升的性能使仪表放大器成为运算放大器的理想替代产品。
　　图3所示为这种电路的典型响应，其中用100-mVp-p、900-Hz正弦波作为VIN+.从图中可以看出，LDR在明亮和黑暗环境中的值为~840 Ω和~5500 Ω。利用LDR的校准，可以将这些电阻值换算成光线水平。
　　


　　图3.电路在明亮和黑暗环境条件下的房间中的性能