人們?cè)絹?lái)越多地認(rèn)為環(huán)境光是一種能源，可用于驅(qū)動(dòng)心率監(jiān)控器、浴室燈具、遠(yuǎn)程天氣傳感器和其他低功耗器件。對(duì)于能量采集系統(tǒng)，最關(guān)鍵的是精確測(cè)量環(huán)境光的能力。本設(shè)計(jì)思路將描述一種簡(jiǎn)單的低成本電路，可以根據(jù)環(huán)境光的強(qiáng)度按一定比例提供電壓。

所用傳感器是一款光敏電阻（LDR）——由RadioShack提供的276-1657型光敏電阻——其電阻隨環(huán)境光強(qiáng)度而變化，如圖1所示。其電阻值可從黑暗環(huán)境中的數(shù)百萬(wàn)Ω降低至亮光環(huán)境中的幾百Ω。該傳感器可以檢測(cè)到光線水平的大小波動(dòng)，能區(qū)分一個(gè)或兩個(gè)燈泡的亮度、直射陽(yáng)光、全黑或者中間水平。每種應(yīng)用都需要適當(dāng)?shù)碾娐泛臀锢碓O(shè)置，可能還需要進(jìn)行一定的校準(zhǔn)，以滿(mǎn)足具體光照?qǐng)龊系男枰?。該傳感器可以裝在透明的防水外殼中，因此可用于各種天氣條件下的任何作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。

圖1.傳感器電阻與光線強(qiáng)度的關(guān)系

圖2.用簡(jiǎn)單電路測(cè)量光線強(qiáng)度

圖2所示電路根據(jù)輸入電壓和光線強(qiáng)度產(chǎn)生輸出電壓，光敏電阻充當(dāng)AD8226儀表放大器（in-amp）的增益電阻。AD8226的傳遞函數(shù)為：

其中，G為電路增益，VIN+和VIN–分別為正負(fù)輸入的電壓，VREF為REF引腳的電壓。當(dāng)負(fù)輸入和REF引腳接地時(shí)，VIN+應(yīng)用于正輸入，增益為：

or

若LDR的值已知，則可轉(zhuǎn)換成光照水平。因此，在已知輸入電壓的情況下，任務(wù)就變成了對(duì)儀表放大器輸出進(jìn)行監(jiān)控。VIN+可以是交流電壓、直流電壓或電源的一部分。請(qǐng)注意，增益精度取決于兩個(gè)內(nèi)部調(diào)整薄膜電阻的精度。

這種電路通過(guò)將遠(yuǎn)程測(cè)量的光敏電阻值轉(zhuǎn)換成電壓，為環(huán)境光的測(cè)量提供了一種極具成本優(yōu)勢(shì)的解決方案。我們選擇AD8226是因?yàn)樗哂袑掚娫措妷汗ぷ鞣秶?.7V至36V）、低靜態(tài)電流（不到500μA，全電源電壓范圍）、軌到軌輸出和功能齊全等特性。該電路可使用任何增益電阻，從幾Ω到無(wú)窮大均可。日益下降的成本、不斷提升的性能使儀表放大器成為運(yùn)算放大器的理想替代產(chǎn)品。

圖3所示為這種電路的典型響應(yīng)，其中用100-mVp-p、900-Hz正弦波作為VIN+.從圖中可以看出，LDR在明亮和黑暗環(huán)境中的值為~840Ω和~5500Ω。利用LDR的校準(zhǔn)，可以將這些電阻值換算成光線水平。

圖3.電路在明亮和黑暗環(huán)境條件下的房間中的性能