简易光照度计的设计.docx

1、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

2、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（200,300，400,500,600 700,800LUX）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

3、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

4、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。3.2.2 AD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

5、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ADD A、ADD B、ADD C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-1OUT8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 #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit lcd

6、en=P21;sbit lcdrs=P20;sbit lcdrw=P22;sbit adwr=P37;/sbit adcs=P30; /oe =gndsbit eoc=P23;uchar code table=the illustion is;uchar code table1=lx;uint num,a,d,qian,bai,shi,ge,num1;uint illusion,temp;void init(void); /初始化函数void delay(uint a); /延时函数void write_com(uchar com); /写指令函数void write_data(uchar d

7、ate); /写数据函数 void display(uint d); /显示函数void main() void init(); /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

8、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;a0;a-) temp=illusion*4; temp=1000; display(temp);/显示照度 ; ; /*初始化程序*/void init(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;

9、/ temp=0;write_com(0x80);/*延时函数每次延时50ms*/void delay(uint a) uint b,c; for(b=a;b0;b-) for(c=110;c0;c-);/*定时器中断函数*/void to_time() interrupt 1 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*/void write_com(uchar com) lcdrs

10、=0; /lcdrw=0; P0=com; /delay(5); lcden=1; delay(20); lcden=0;/*写数据函数*/void write_data(uchar date) lcdrs=1; /delay(5); /lcdrw=0; P0=date;/ delay(5); lcden=1; delay(20); lcden=0;/*显示函数*/void display(uint illusion) qian=illusion/1000; bai=illusion%1000/100; shi=illusion%100/10; ge=illusion%10; /速度范围为0至

11、9999. for(num1=0;num120;num1+) /显示前面一段字符 write_data(tablenum1); 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;num12;

12、num1+) write_data(table1num1); 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

13、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)200300400500600700800电流(A)2.142.492.893.083.253.303.454.3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，20112、华成英 童诗白. 模拟电子技术基础. 北京： 高等教育出版社，19853、戴先金. 51单片机开发实例. 北京： 清华大学出版社，20064、康华光. 电子技术基础. 北京： 高等教育出版社，2006