简易光照度计的设计.docx
《简易光照度计的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《简易光照度计的设计.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
简易光照度计的设计
简易照度计设计
1实验任务
1.1实验目的
1，了解光敏二极管的基本特性。
2，设计和制作简易照度计。
1.2实验要求
1，根据参考电路，分析照度计的基本工作原理。
2，测量光敏二极管的基本资料。
3，根据光敏二极管的基本特性,设计和制作1000LUX的简易照度计。
1.3实验所需器材
电阻，电位器，运算放大器，正负12V电源，负9V电源，51单片机，数码管，高压汞灯，连接线照度计设计模板（电路板），光敏二极管（日光型，响应波长在5000埃到6000埃），万用表。
1.4设计内容
1，根据电路图制作照度计实验模板。
2，调节照度计旋钮使光敏二极管处的照度为100LUX，并保持该照度不变，然后将光敏二极管接入IC1的输入端，并将K置于1的位置使光敏二极管处于0偏压的状态，测量该照度下光敏二极管的光电流。
3，测量不同照度下（200,300，400,500,600700,800LUX）光敏二极管的光电流，并做出照度—电流曲线。
4，将K置于2,3的位置给光敏二极管的正极加上一个负偏压并测量出该电压的大小，重复2,3步的内容，做出照度计—电流曲线，并比较。
5，根据不同照度计下的输出电压设计制作简易照度计。
2设计原理
2.1基本理论
硅光电池是一种能将光能直接转换成电能的半导体器件，它实质上是一个大面积的半导体PN结，其工作原理是光生伏特效应。
当光照射在硅光电池的PN结区时，会在半导体中激发出光生电子-空穴对。
PN结两边的光生电子-空穴对在内电场作用下，多数载流子的不能穿越阻挡层，而少数载流子却能穿越阻挡层，结果，P区的光生电子进入N区，N区的光生空穴进入P区，使每个区中的光生电子-空穴对分割开来。
光生电子在N区的集结使N区带负电，光生电子在P区的集结使P区带正电。
P区和N区之间产生光生电动势。
当硅光电池接入负载后，光电流从P区经负载流至NE，负载中就会有功率输出。
利用AT89C51芯片实现控制电路，用ADC0809模数转换器实现模拟信号和数字信号的转换。
当光电池接入负载，将输出的信号通过三极管放大，通过模数转换器ADC0809转换为数字信号，通过单片机控制电路将信号输入LCD显示屏，在显示屏上显示当前的照度值。
2.2系统框图系统框图如下：
图1照度计设计系统框图
2.3程序设计流程图
程序流程图如下：
图2程序设计流程图
3实现方案
3.1硬件电路图
3.2原理图说明
3.2.1光电前置放大电路
利用三级管的的放大作用，将带负载的光电池电路输出的电流放大，为了保证信号有更好的线性关系，所以将三极管接成电流转换为电压的形式。
经过测量，电压放大的范围大概为0.2V到2.3V。
3.2.2AD转换电路
采用ADC0809模数转换芯片和AT89C51单片机，将光电池接收的光信号转换后放大的电压模拟信号转换为数字信号，然后通过单片机的控制电路将数字信号送到LCD显示屏。
3.2.3显示电路
此处显示电路采用了1602A液晶显示模块。
当光直射光电池时，放大的电压信号通过三极管的发射极送入AD转换器的IN0端口。
因为AD的ADDA、ADDB、ADDC都接地，所以ADC0809就采集IN0端口的信号。
模拟信号经过转换后向OUT-1~OUT8传送数字信号。
数字信号经过总线传送到AT89C51的P1口，并读入累加器A，经过AT89C51计算后通过P0端口输出，然后控制LCD显示屏的输出。
3.3硬件程序
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitlcden=P2^1;
sbitlcdrs=P2^0;
sbitlcdrw=P2^2;
sbitadwr=P3^7;
//sbitadcs=P3^0;//oe==gnd
sbiteoc=P2^3;
ucharcodetable[]="theillustionis";
ucharcodetable1[]="lx";
uintnum,a,d,qian,bai,shi,ge,num1;
uintillusion,temp;
voidinit（void）;//初始化函数
voiddelay（uinta）;//延时函数
voidwrite_com（ucharcom）;//写指令函数
voidwrite_data（uchardate）;//写数据函数
voiddisplay（uintd）;//显示函数
voidmain（）
{
voidinit（）;//初始化
EA=1;//开总中断
ET0=1;//开定时器中断
TR0=1;//启动定时器
lcden=0;
/***********对1602液晶的模式进行设置***************/
write_com（0x38）;//设置16*2显示，5*7点阵，8位数据接口
write_com（0x0c）;//设置开显示，不显示光标
write_com（0x06）;//写一个字符后地址指针加一
write_com（0x01）;//显示清零，数据指针清零
while
（1）
{
/*******开始不断扫描P1引脚是否有信号，并且对信号进行计算和显示********/
if（P1!
=0）
{
delay（10）;
if（P1!
=0）//防止误判
{
adwr=0;
delay（5）;
adwr=1;
delay（5）;
adwr=0;
while（oec）;
for（a=10;a>0;a--）
{temp=illusion*4;
temp=1000;
display（temp）;//显示照度
}
};
};
}
}
/**********************初始化程序************************/
voidinit（void）
{
TMOD=0x01;//定时器0工作于计数方式1
TH0=（65536-5000）/256;
TL0=（65536-5000）%256;//定时时间为50ms
num=0;
//adcs=0;
//sign=0;
//temp=0;
write_com（0x80）;
}
/*************延时函数每次延时50ms********************/
voiddelay（uinta）
{
uintb,c;
for（b=a;b>0;b--）
for（c=110;c>0;c--）;
}
/************定时器中断函数*****************/
voidto_time（）interrupt1
{
TH0=（65536-5000）/256;//中断函数里重新赋初值
TL0=（65536-5000）%256;
num++;
if（num==20）//每20*50ms计算一次，并且将速度显示
{
num=0;
//标志位
illusion=P1;
}
}
/***********写指令函数************/
voidwrite_com（ucharcom）
{
lcdrs=0;
//lcdrw=0;
P0=com;
//delay（5）;
lcden=1;
delay（20）;
lcden=0;
}
/*********写数据函数*************/
voidwrite_data（uchardate）
{
lcdrs=1;
//delay（5）;
//lcdrw=0;
P0=date;
//delay（5）;
lcden=1;
delay（20）;
lcden=0;
}
/*************显示函数********************/
voiddisplay（uintillusion）
{
qian=illusion/1000;
bai=illusion%1000/100;
shi=illusion%100/10;
ge=illusion%10;//速度范围为0至9999.
for（num1=0;num1<20;num1++）//显示前面一段字符
{
write_data（table[num1]）;
delay（20）;
};
write_com（0x80+0x41）;//显示光照强度
write_data（0x30+qian）;
write_com（0x80+0x42）;
write_data（0x30+bai）;
write_com（0x80+0x43）;
write_data（0x30+shi）;
write_com（0x80+0x44）;
write_data（0x30+ge）;
write_com（0x80+0x47）;
for（num1=0;num1<2;num1++）
{
write_data（table1[num1]）;
delay（20）;
}
write_com（0x80）;
}
4调试过程及结论
4.1调试过程
从图中可看出，输入电压最小为零时，显示屏显示的照度值就为0lx。
从上图中可看出，输入电压最大时，显示屏显示的照度值为255lx。
在焊电路板的过程中，开始时用两个控制端控制LCD显示屏，发现效果不太好，后来改为三个端口控制。
在调试过程中，接上电源，发现显示的乱码而且显示很不稳定，检查电路后发现是电路中某些接触点接触不良。
将这些接触点重新焊了一遍，显示屏终于显示了照度值，但数值很不稳定，从十几勒克斯到两百多勒克斯无规律跳变，可能是AD输出出错，检查电路，确实的AD的OUT端与89C51的P1端口接反了，因此出现微弱信号变化就使数值改变很大。
改正此处电路后，终于显示了正常值
4.2光照度与电流曲线
照度（LUX）
200
300
400
500
600
700
800
电流（A）
2.14
2.49
2.89
3.08
3.25
3.30
3.45
4.3结论
在Proteus软件中仿真成功，并按电路原理图焊接好电路，将程序烧录到AT89C51芯片中进行调试，LCD显示屏最终可以显示照度值，实验成功。
5参考文献
1、王庆友.光电技术.北京：
电子工业出版社，2011
2、华成英童诗白.模拟电子技术基础.北京：
高等教育出版社，1985
3、戴先金.51单片机开发实例.北京：
清华大学出版社，2006
4、康华光.电子技术基础.北京：
高等教育出版社，2006
升级会员 