簡易光照度計的設(shè)計

1、簡易照度計設(shè)計1實驗任務(wù)1.1實驗?zāi)康?, 了解光敏二極管的基本特性。2, 設(shè)計和制作簡易照度計。1.2實驗要求1, 根據(jù)參考電路，分析照度計的基本工作原理。2, 測量光敏二極管的基本資料。3, 根據(jù)光敏二極管的基本特性，設(shè)計和制作1000LUX的簡易照度計。1.3實驗所需器材電阻，電位器，運算放大器，正負12V電源，負9V電源，51單片機，數(shù)碼管，高壓 汞燈，連接線照度計設(shè)計模板（電路板），光敏二極管（日光型，響應(yīng)波長在5000埃 到6000埃）,萬用表。1.4設(shè)計內(nèi)容1, 根據(jù)電路圖制作照度計實驗?zāi)０濉?, 調(diào)節(jié)照度計旋鈕使光敏二極管處的照度為100LUX,并保持該照度不變，然后將光 敏二

2、極管接入IC1的輸入端，并將K置于1的位置使 光敏二極管處于0偏壓的狀態(tài)， 測量該照度下光敏二極管的光電流。3, 測量不同照度下(200,300, 400,500,600 700,800LUX)光敏二極管的光電流，并做 出照度一電流曲線。4, 將K置于2,3的位置給光敏二極管的正極加上一個負偏壓并測量出該電壓的大小, 重復(fù)2,3步的內(nèi)容，做出照度計一電流曲線，并比較。5, 根據(jù)不同照度計下的輸出電壓設(shè)計制作簡易照度計。2設(shè)計原理2.1基本理論硅光電池是一種能將光能直接轉(zhuǎn)換成電能的半導(dǎo)體器件，它實質(zhì)上是一個大面積的 半導(dǎo)體PN結(jié)，其工作原理是光生伏特效應(yīng)。當(dāng)光照射在硅光電池的PN結(jié)區(qū)時，會在 半

3、導(dǎo)體中激發(fā)出光生電子-空穴對。PN結(jié)兩邊的光生電子-空穴對在內(nèi)電場作用下，多 數(shù)載流子的不能穿越阻擋層，而少數(shù)載流子卻能穿越阻擋層，結(jié)果，P區(qū)的光生電子進 入N區(qū)，N區(qū)的光生空穴進入P區(qū)，使每個區(qū)中的光生電子-空穴對分割開來。光生電 子在N區(qū)的集結(jié)使N區(qū)帶負電，光生電子在P區(qū)的集結(jié)使P區(qū)帶正電。P區(qū)和N區(qū)之 間產(chǎn)生光生電動勢。當(dāng)硅光電池接入負載后，光電流從P區(qū)經(jīng)負載流至NE,負載中就 會有功率輸出。利用AT89C51芯片實現(xiàn)控制電路，用ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)模擬信號和數(shù)字 信號的轉(zhuǎn)換。當(dāng)光電池接入負載，將輸出的信號通過三極管放大，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過單片機控

4、制電路將信號輸入LCD顯示屏，在顯示屏上 顯示當(dāng)前的照度值。2.2系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖如下:圖1照度計設(shè)計系統(tǒng)框圖2.3程序設(shè)計流程圖程序流程圖如下：開始初始化 <A D轉(zhuǎn)換LCD顯示圖2程序設(shè)計流程圖3實現(xiàn)方案3.1硬件電路圖佃FSIkALEPM ri.iPS riaR175TSR5T rexr»壬：K1AJM2代痰心 rO.KAOl ro.zfMa po.x*ra R.4XH PW35 FWAW n.TfMcrCLOCK-5TAJ?r0Counaurzaur0VT43"OU TOMBcureAt-& Caur?ALEauroVREFf VRF(->060

5、2P20.*e P2，杓 P22W 氏3AM r; sa partna P23* P2加巧0=d一hew aaaacfoa-dfl d| ZE.in-,*1 八 八 八"n圖3照度計硬件原理圖3.2原理圖說明3.2.1光電前置放大電路利用三級管的的放大作用，將帶負載的光電池電路輸出的電流放大，為了保證信號 有更好的線性關(guān)系，所以將三極管接成電流轉(zhuǎn)換為電壓的形式。經(jīng)過測量，電壓放大 的范圍大概為0.2V到2.3V。3.2.2 AD轉(zhuǎn)換電住各采用ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和AT89C51單片機，將光電池接收的光信號轉(zhuǎn)換后放 大的電壓模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后通過單片機的控制電路將數(shù)字信

6、號送到LCD 顯示屏。323顯示電路此處顯水電路米用J 1602A液晶顯小模塊。當(dāng)光直射光電池時，放大的電壓信號通過三極管的發(fā)射極送入AD轉(zhuǎn)換器的IN0端 口。因為AD的ADDA、ADDB> ADD C都接地，所以ADC0809就采集IN0端口的 信號。模擬信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換后向OUT-1OUT8傳送數(shù)字信號。數(shù)字信號經(jīng)過總線傳送到 AT89C51的P1 口，并讀入累加器A,經(jīng)過AT89C51計算后通過P0端口輸出，然后控 制LCD顯示屏的輸出。3.3硬件程序# include <ieg52.1i>#deflne uchar unsigned chai#deflne unit un

7、signed intsbit lcden=P2Al;sbit lcdis=P2A0;sbit lcdnv=P2A2;sbit adwi-P3A7;/sbit adcs=P3A0; /oe =gndsbit eoc=P2A3;uchar code table=nthe lllustion is"uchar code tablel-unit num,a,d,qian,bai,slu.gejiuml;unit illusion.temp;初始化函數(shù)延時函數(shù)void init(void);void delay(uiiit a);void wnte_com(uchar com);寫指令函數(shù)vo

8、id wnte_data(uchar date);寫數(shù)據(jù)函數(shù)void display(uint d);顯示函數(shù)void mam()void初始化EA=1;開總中斷ET0=l;開定時器中斷TR0=l;啟動定時器lcden=0;*對1602液晶的模式進行設(shè)置*/wiite_com(0x3 8);口設(shè)置16*2顯示，5*7點陣，8位數(shù)據(jù)接wiite_com(0x0c);設(shè)置開顯示，不顯示光標(biāo)wiite_com(0x06);寫一個字符后地址指針加一wiite_com(0x01);顯示清零，數(shù)據(jù)指針清零wlule(l)*ff始不斷掃描Pl引腳是否有信號，并且對信號進行計算和顯示*/if(Pl!=0)de

9、lay(lO);if(Pl!=O)防止誤判adwr=O;delav(5);adwi-1;delav(5);adwr=O;while(oec);for(a=10;a>0;a-)temp=illusion*4; temp=1000;display(temp);/ 顯示照度 ；*初始化程序*/void init(void)TMOD=0x01; 定時器0工作于計數(shù)方式1TH0=(65536-5000)/256;TL0=(65536-5000)%256; 定時時間為 50msnum=0;/ adcs=0;/ sign=0;/ temp=O; wiite_com(0x80);*延時函數(shù)每次延時50m

10、s*/void delay(umt a)unit b,c;foi(b=a;b>0;b)foi(c=110;c>0;c-);*void to_time() iiitemipt 1中斷函數(shù)里重新賦初值TH0=(65536-5000)/256;TL0=(65536-5000)%256;num-H-;每20*50ms計算一次，并且將速度顯if(num=20)示num=0;/標(biāo)志位illusion=Pl;/ * 寫 扌旨今 函數(shù)：*/void wnte_com(uchar com)lcdis=O;lcdiw=O;PO=com;/delay(5);lcden=l;delav(20);lcden

11、=O;*1j 數(shù)抑:函數(shù)*/void wnte_data(uchar date)lcdis=l;/delay(5);/lcdnv=0;P0=date;/ delay(5);lcden=l;delav(20);lcden=0;嚴(yán)*顯void display(umt illusion)qian=illusion/1000;bai=illusion%1000/100;slii=illusion%100/10;速度范圍為0至ge=illusion%10;9999.顯示前面一段字符fbi(nuni 1 =0;numl<20 ;num 1 卄)wnte_data(tablenuml ); delay

12、(20);顯示光照強度wiite_com(0x80+0x41);wnte_data(0x30+qian); wnte_com(0x80+0x42);wnte_data(0x30+bai);write_com(0x80+0x43);wnte_data(0x3 O+shi);wnte_com(0x80+0x44);wnte_data(0x30+ge);wnte_com(0x80+0x47);foi(numl =O;num 1 <2;num 1 卄)wnte_data(table 1 num 1); delay(20);wnte_com(0x80);4調(diào)試過程及結(jié)論4.1調(diào)試過程Ont=亠土士

13、»CLOCKSTARTtoeADDA «>oe qt»OC /*LCvrcr(*i VR6FOOUT1 UTS OUT3 0UT4 UTH OUT6 OUTT aura06AtiCO®z HR*RfiTro irAoi PO222ro 冊AOQ POM心 P的心FJQC8P7仏27 二ALEmtEAP2A*WP2A*ia 從匕rix>r3CVRXX>r i.i”.“r 冷PUP32*RH5HP嗆?«i*rnP"P2 4HD心歩P1.7七如PJ 8 PZ7夕 Dl71.ATW.CS1THE ILLUSTIOH：6.00

14、0I 期IWJNG WQC26辺血SJ Zd丸勺|l -19W.0 *1OW.O 憐 圖4電壓為零時的仿真圖從圖中可看出，輸入電壓最小為零時，顯示屏顯示的照度值就為Olx。工仁網(wǎng)IN1INZIU2叱 叱IM?ADO 4A©0 B AOOCALEInVTKS VUER)ADCCOCOCLOCKSTAfiTEOCQUT1OUT2OUT3OUHoursauroOUTTOUT®OE:«-poa»Aro PO V*&1P03/SP05XPOMigPigP22AM0PZ3W1P24M2P?6M13 nzPJ7AM5pa irrx&P3.ZiiWTOP

15、3力麗T P3-VTO祐i囂一-nzIFAiydP?刃"6 H 邛切？b|圖5電壓最大時仿真圖從上圖中可看出，輸入電壓最大時，顯示屏顯示的照度值為2551X。在焊電路板的過程中，開始時用兩個控制端控制LCD顯示屏，發(fā)現(xiàn)效果不太好，后 來改為三個端口控制。在調(diào)試過程中，接上電源，發(fā)現(xiàn)顯示的亂碼而且顯示很不穩(wěn)定, 檢查電路后發(fā)現(xiàn)是電路中某些接觸點接觸不良。將這些接觸點重新焊了一遍，顯示屏 終于顯示了照度值，但數(shù)值很不穩(wěn)定，從十幾勒克斯到兩百多勒克斯無規(guī)律跳變，可 能是AD輸出出錯，檢查電路，確實的AD的OUT端與89C51的P1端口接反了，因 此出現(xiàn)微弱信號變化就使數(shù)值改變很大。改正此處電路后，終于顯示了正常值4.2光照度與電流曲線照度(LUX)200300400500600700電流(A)2.142.492.893.083.25330X.煦腔鳥電池tHi紅3.58003.452