便攜式光照強(qiáng)度檢測儀系統(tǒng)的設(shè)計

1、本 科 生 畢 業(yè) 論 文（或設(shè)計）（申請學(xué)士學(xué)位）論文題目 便攜式光照強(qiáng)度檢測儀系統(tǒng)的設(shè)計 作者姓名 趙 志 強(qiáng) 專業(yè)名稱 自 動 化 指導(dǎo)教師 劉 立 2013年6月學(xué) 生： （簽字）學(xué) 號：2009210399答 辯 日 期：2013年6月16日指 導(dǎo) 教 師： （簽字）目 錄摘要1Abstract11 緒論21.1 課題的選題背景及意義21.2 國內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀21.3 課題的主要研究內(nèi)容及章節(jié)安排31.3.1 主要研究內(nèi)容31.3.2 章節(jié)安排32 系統(tǒng)總體方案設(shè)計42.1 光照強(qiáng)度對蔬菜種植、動物養(yǎng)殖、居室環(huán)境的影響42.2 系統(tǒng)的任務(wù)和功能42.3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計53 系統(tǒng)硬

2、件電路設(shè)計53.1 電源模塊53.2 單片機(jī)63.3 采集模塊73.4 語音模塊83.5 時鐘模塊83.6 串口通信模塊94 系統(tǒng)的軟件流程圖95 實物的展示及性能測試分析115.1 系統(tǒng)整體實物圖115.2 光強(qiáng)傳感器模塊實物圖125.3 彩屏模塊實物圖125.4 系統(tǒng)測試及結(jié)果數(shù)據(jù)分析13結(jié) 論13參考文獻(xiàn)14附錄1 便攜式光照強(qiáng)度檢測儀整體設(shè)計圖15附錄2 設(shè)備及元器件清單17附錄3 系統(tǒng)主程序圖18致 謝21便攜式光照強(qiáng)度檢測儀系統(tǒng)的設(shè)計摘要: 隨著現(xiàn)代生活和生產(chǎn)對光照強(qiáng)度的要求越來越嚴(yán)格，因而便攜式光照強(qiáng)度檢測儀具有廣泛的應(yīng)用前景。便攜式光照強(qiáng)度檢測儀系統(tǒng)是以單片機(jī)STC89C52R

3、C和光強(qiáng)傳感器為技術(shù)核心，由單片機(jī)最小系統(tǒng)、電源模塊、時鐘模塊、串行通信模塊、WTV020語音模塊、光強(qiáng)傳感器模塊、電源模塊、顯示模塊組成。主要通過單片機(jī)對光強(qiáng)的轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的工作。實驗測試表明，基本上實現(xiàn)了便攜式光照強(qiáng)度檢測儀系統(tǒng)的整體功能，可顯示當(dāng)前光照并語音播報當(dāng)前光照強(qiáng)度。關(guān)鍵詞：單片機(jī)STC89C52RC；TSL2561光強(qiáng)傳感器；WTV020語音模塊Design of the Portable Light Intensity Detector SystemAbstract: With the development of modern life and production,

4、 the light intensity is required more and more stricter, so that the portable light intensity detector has the widespread application prospect. Portable light intensity detector system is taken the single chip microcomputer (SCM) STC89C52RC as the core, including the smallest SCM system, power modul

5、e, clock module, serial communication module, WTV020 module, voice light sensor module, power module, display module. The whole system work is realized by mainly the conversion of light intensity with SCM. The experimental tests show that the whole function of the portable light intensity detector s

6、ystem is basically realized and is displayed the current light and voice broadcast the light intensity.Key words: SCM; STC89C52RC; Sensor TSL2561 Light Intensity; WTV020 Voice Module1 緒論1.1 課題的選題背景及意義隨著改革開放的不斷深化和城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展，越來越多的人移居到城市生活，而這需要足夠的食物作為支撐。同時隨著工業(yè)化的不斷發(fā)展，人們對自身的健康越來越關(guān)注，對居室的環(huán)境要求也越來越高。而攜帶方便，能夠及時

7、準(zhǔn)確的顯示并播報的光照強(qiáng)度檢測儀的產(chǎn)生是人們的迫切需求。便攜式光照強(qiáng)度檢測儀是現(xiàn)代社會的產(chǎn)物，是以后發(fā)展的方向。它是一個集光照強(qiáng)度感知，語音播報，自動提示與一體的綜合系統(tǒng)。如圖1-1所示，大棚種植、牲畜養(yǎng)殖以及人們對生活的需求凸顯了本系統(tǒng)擁有廣泛的應(yīng)用前景。其中，蔬菜需要控制光照強(qiáng)度,以利于生長素的產(chǎn)生，從而加快蔬菜的生長速度，創(chuàng)造出更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。而人們的生活環(huán)境（學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)境,辦公室，工廠等）需要控制光照強(qiáng)度，使人們有一個好學(xué)習(xí)生活環(huán)境。同時需要控制居室光照強(qiáng)度，以便人們健康的生活。便攜式光照強(qiáng)度檢測儀也可以用于太陽能的研究和利用，農(nóng)作物生長方面，太陽能能源使用，氣象研究，建房

8、朝向等等。因此，本課題開展便攜式光照強(qiáng)度檢測儀系統(tǒng)的設(shè)計具有一定的應(yīng)用價值及實際意義。圖1-1 便攜式光照強(qiáng)度檢測儀的應(yīng)用范圍1.2 國內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀在國內(nèi)的研究中，光強(qiáng)度檢測用感光元素，產(chǎn)生一個電壓信號，然后放大并由模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換成數(shù)字的能力。該A/D轉(zhuǎn)換器生成一個變量引入到一個微處理器平信號，其中，信號電平進(jìn)行比較參考信號，以便與預(yù)定的相關(guān)的職權(quán)收集信號“讀”的樣本。利用光的強(qiáng)度取樣，以確定樣本的條件，產(chǎn)生了不同程度的轉(zhuǎn)換，相應(yīng)的數(shù)字信號沿線的A/D轉(zhuǎn)換器，以確定已知的光強(qiáng)度測量設(shè)備光的強(qiáng)度?，F(xiàn)以光照強(qiáng)度對雨生紅球藻葉綠素相對含量及細(xì)胞密度的影響為例，在其他條件不變的情況下，用相同光照強(qiáng)

9、度照射雨生紅球藻，在前3天，光照強(qiáng)度對雨生紅球藻葉綠素相對含量的影響均差異不顯著。從第4天開始光照強(qiáng)度對雨生紅球藻葉綠素相對含量的影響差異顯著。與接種時相比，培養(yǎng)結(jié)束時，藻液葉綠素的含量有不同程度的增加。在國外的研究中，歐洲專利申請由R-Flip等人于8月7日提出，公開了一種方法和分析物的測定儀器。A光源是為了一個樣本及一個探測器所發(fā)出的光的收集。光照強(qiáng)度的排放水平是用來確定樣本的條件。由于該應(yīng)用程序顯示，所發(fā)出的光被轉(zhuǎn)換成模擬信號，然后放大并轉(zhuǎn)換成一個數(shù)字信號通過一個A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出，被介紹到微處理器。第4766083題為：為生物凝集光度測定法等。8月23日，1988年，公開了一種測量生

10、物樣品凝集反應(yīng)系統(tǒng)測試使用的凝集實驗檢測樣本散射光激光束源和探測器1光度法和器具。由光敏元件收集的光線是從模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號處理前4。雖然這些設(shè)備提供準(zhǔn)確的抽樣技術(shù)，并模擬向數(shù)字轉(zhuǎn)換計劃是適合實現(xiàn)預(yù)期的效果，但依然存在弊端。綜上所述，利用光的強(qiáng)度取樣，以確定樣本的條件，產(chǎn)生了不同強(qiáng)度的轉(zhuǎn)換。目前，光照強(qiáng)度檢測，經(jīng)過不斷地研究和發(fā)展，檢測儀器將朝著快速便捷，低成本，低功耗以及自動化的方向發(fā)展。1.3 課題的主要研究內(nèi)容及章節(jié)安排 主要研究內(nèi)容本課題主要是研究一個能自動檢測和顯示光照強(qiáng)度并能語音播報的便攜式光照強(qiáng)度檢測儀。核心單片機(jī)是STC89C52RC，是主要的控制端，通過接收外部信號并對信

11、號作出處理，來控制各個模塊。結(jié)合單片機(jī)最小系統(tǒng)和光敏二極管設(shè)計一個基于單片機(jī)的便攜式光照強(qiáng)度檢測系統(tǒng)。實現(xiàn)單片機(jī)最小系統(tǒng)及光敏網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計。編寫單片機(jī)的程序，將獲得的電信號轉(zhuǎn)換成光照強(qiáng)度單位下的數(shù)值，并用數(shù)碼管顯示。 章節(jié)安排本文共分為5章，各章節(jié)安排如下：第1章 緒論。介紹了本課題的背影及研究意義，并介紹了光照強(qiáng)度測試儀的應(yīng)用范圍。給出了光照強(qiáng)度檢測儀的研究現(xiàn)狀，并概述了本文的主要研究內(nèi)容。第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計方案。介紹了光照對蔬菜種植等的影響，并給出了系統(tǒng)的技術(shù)要求和整體設(shè)計框圖。第3章 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計。詳述了光照強(qiáng)度檢測儀各模塊的結(jié)構(gòu)和工作原理，闡述了各模塊的相互關(guān)系和作用。第4章 系

12、統(tǒng)軟件流程圖。給出了該系統(tǒng)的工作流程。第5章 實物的展示及性能測試。介紹了系統(tǒng)的各個實物部分，并對不同環(huán)境下光強(qiáng)的數(shù)值進(jìn)行分析和整理。2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1 光照強(qiáng)度對蔬菜種植、動物養(yǎng)殖、居室環(huán)境的影響光合作用是生物化學(xué)反應(yīng)，在較低的光照強(qiáng)度下，光合速率增加顯著；當(dāng)光量子通量密度達(dá)到500umol/m2·s后，光合速率上升緩慢并逐漸達(dá)到光飽和點。同時研究還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光強(qiáng)達(dá)到800umol/m2·s以后，光合速率雖有增加，但增加量較少，基本在10左右，一般機(jī)器難以測出。然而在到達(dá)單葉的飽和點以后，增加光強(qiáng)，植株群體的光合速率仍然緩慢增加。在冬春季保護(hù)地栽培中，光照強(qiáng)度本來就

13、弱，加上覆蓋物，光照變的更加不足。試驗結(jié)果表明，冬春季溫室的光照遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及夏季的40，光照的時間也短得多，光照量嚴(yán)重不足，導(dǎo)致植株生長緩慢，產(chǎn)量明顯低于夏季。在弱光處理后的植株，即使給予充足光照，在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)光合速率也難以恢復(fù)到正常水平。因而，只有給以充足的光照量，植株才能健康成長，獲得高產(chǎn)。研究光照強(qiáng)度對動物養(yǎng)殖的作用，以家兔的繁殖為例來探究光照對繁殖的影響。法國國家農(nóng)業(yè)科學(xué)院的實驗表明，兔舍光照時間為每天1315小時，光照強(qiáng)度每平方米不低于5瓦，有利于繁殖中的母兔正常的生育。而公兔對光照時間要求不高，一般為1113小時，如果超過17個小時，則會導(dǎo)致公兔睪丸重量的減輕和精子數(shù)亮的減少，

14、從而影響生育能力。又據(jù)資料顯示，在2024和全暗的條件下，每平方米補(bǔ)充2瓦光照1小時，母兔雖然有一定的繁殖能力，但受胎率卻很低，一次配種的受胎成功率只有30%左右；如果將光照增加到每平方米15瓦和光照12小時，則一次配種受胎成功率可達(dá)50%左右。在相同光照下連續(xù)照射16小時，母兔的受胎率則可達(dá)65%70%，仔兔成活率也得到可明顯的提高。因而，增加光照強(qiáng)度和光照時間可明顯提高母兔的受胎成功率和仔兔的成活率。光照強(qiáng)度對家兔繁殖的影響與營養(yǎng)有著協(xié)同作用。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在短日照的冬季（日光照時間1012小時），母兔將長期處于乏情期，而正常發(fā)情的母兔低于20%.當(dāng)增加光照時間達(dá)到1416小時后，母兔的發(fā)

15、情率能夠增加到60%左右。在增加光照強(qiáng)度的同時增加營養(yǎng)，特別是補(bǔ)充維生素A和維生素E，并使它們分別達(dá)到10000毫克/千克和50毫克/千克，母兔的發(fā)情率將能達(dá)到90%左右。光照對居室環(huán)境的影響，以人的睡眠為例。現(xiàn)代的醫(yī)學(xué)研究表明，視覺系統(tǒng)不僅僅傳遞給大腦光的信號，并且能把外界光環(huán)境的信息傳遞給大腦的松果體。引起松果體產(chǎn)生褪黑激素進(jìn)入血液、腦脊液、細(xì)胞內(nèi)外液中，從而控制了人的睡眠水平的高低。光強(qiáng)的變化是外界環(huán)境中影響褪黑色素合成的最主要的因素。其中，褪黑素分泌與黑暗期的長短成正比。因此，光暗周期通過對褪黑素合成晝夜節(jié)律性地影響進(jìn)而調(diào)整機(jī)體的內(nèi)在生物節(jié)律。在夜間光照能夠抑制褪黑素的合成，同時，光照

16、波長和強(qiáng)度均對褪黑素合成產(chǎn)生不同的影響，從而影響了人的睡眠質(zhì)量5。2.2 系統(tǒng)的任務(wù)和功能設(shè)計一個便攜式光照強(qiáng)度測試的系統(tǒng)，對當(dāng)前環(huán)境的光照強(qiáng)度能夠檢測，通過語音播報工作模式、時間和適宜的光強(qiáng)范圍；TFT彩屏顯示檢測的光強(qiáng)，進(jìn)行比較得出當(dāng)前環(huán)境下的光強(qiáng)是否偏高、適宜還是偏低；通過按鍵調(diào)整時間、控制語音播報內(nèi)容。2.3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖2-1所示為光照強(qiáng)度檢測系統(tǒng)設(shè)計總體框圖，本系統(tǒng)通過光強(qiáng)傳感器采集光照，輸送給主控單片機(jī)。主控單片機(jī)通過內(nèi)部的運行，完成以下的步驟：將采集信息反饋給光強(qiáng)傳感器；驅(qū)動實時時鐘模塊工作并接收時鐘模塊反饋的信號；驅(qū)動語音模塊播報當(dāng)前光照強(qiáng)度和時間；驅(qū)動彩屏模塊顯示當(dāng)

17、前光照強(qiáng)度和時間。主控單片機(jī)分析處理光強(qiáng)傳感器彩屏顯示采集指令信息反饋驅(qū)動指令驅(qū)動指令語音芯片實時時鐘驅(qū)動指令反饋信號圖2-1 系統(tǒng)總體設(shè)計圖3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1 電源模塊電子電路與電子設(shè)備都需要有一個穩(wěn)定的直流電源提供能量，而且對于我們通常所接觸的控制器而言，一般都是利用電網(wǎng)提供的交流電源，經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓后，濾去其不穩(wěn)定的脈動、干擾成分，提供一個穩(wěn)定的直流電壓，來使電子電路與電子設(shè)備保持正常的工作。本模塊主要采用AMS1117穩(wěn)壓器。AMS1117系列穩(wěn)壓器有多種固定電壓版與可調(diào)版，設(shè)計用于提供1A輸出電流且工作壓差可低至1V。在最大輸出電流時，保證AMS1117器件的壓差最大不

18、超過1.3V，并隨負(fù)載電流的減小而逐漸降低。在AMS1117上微調(diào)把基準(zhǔn)電壓調(diào)整到1%的誤差內(nèi)，而且相應(yīng)調(diào)整限制電流，減少由于穩(wěn)壓器和電源電路超載而造成的壓力。三端口可調(diào)節(jié)或固定輸出電壓。1.5V，1.8V，2.5V，2.85V，3.3V和5.0V輸出電流1A工作壓差低至1V線荷載調(diào)節(jié)：0.2% Max。負(fù)載調(diào)節(jié)：0.4% Max。可選SOT-223,TO-252和SO-8封裝。電源模塊如下圖3-1所示。圖3-1 電源模塊3.2 單片機(jī)STC89C52RC系列單片機(jī)是高速/低功耗/抗干擾的新一代8051單片機(jī)，與傳統(tǒng)8051單片機(jī)指令代碼完全兼容,速度卻是前者的8-12倍。內(nèi)部集成MAX810

19、專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S)。各引腳功能簡單介紹如下：（1）VCC：供電電壓；（2）GND：接地；（3）P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每個管腳可吸收8TTL門電流。（4）P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。（5）P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳電位被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。（6）P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫“1”后，它們被內(nèi)部

20、上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入時，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流(ILL)，也是由于上拉的緣故。P3口也可作為STC89C52RC的一些特殊功能口：P3.0 RXD(串行輸入口)；P3.1 TXD(串行輸出口)；P3.2 INT0(外部中斷0)；P3.3 INT1(外部中斷1)；P3.4 T0(記時器0外部輸入)；P3.5 T1(記時器1外部輸入)；P3.6 WR (外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)；同時P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信；（7）RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高平時間；（8）ALE / PROG ：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許

21、的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)；（9）PSEN：外部程序存儲器的選通信號；（10）EA/VPP：當(dāng)EA保持低電平時，訪問外部ROM；注意加密方式1時，EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時，訪問內(nèi)部ROM。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)；（11）XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入；（12）XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。單片機(jī)模塊如圖3-2所示6-8。圖3-2 單片機(jī)模塊3.3 采集模塊TSL2561光強(qiáng)數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片，具有高速、低功耗、寬量程、可編程靈活配置等優(yōu)點。TSL2561具有直接I2C接口，用于將光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號

22、輸出。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。TSL2561內(nèi)部連接一個光敏二極管（通道0）和一個紅外響應(yīng)光敏二極管（通道1）。這個集成電路具有提供20位動態(tài)范圍內(nèi)近適光響應(yīng)的能力。兩個集成的積分式A/D轉(zhuǎn)換器，可將光敏電流轉(zhuǎn)換成一個數(shù)字輸出，并存入芯片內(nèi)部通道0和通道1各自的寄存器中。數(shù)字輸出表示測量每一個通道的光強(qiáng)，可以是微處理器的輸入。TSL2561可直接通過I2C總線協(xié)議由微控制器訪問，微控制器則通過對其內(nèi)部的16個寄存器的讀寫來實現(xiàn)對TSL2561的控制。采集模塊如下圖3-3所示9-10。圖3-3 采集模塊3.4 語音模塊WTV020是一款功能強(qiáng)大的一次性可編程語音芯片，音頻輸出為PWM 

23、;或DAC模式。可選控制方式有按鍵控制模式、并口控 制模式、串口控制模式等。按鍵控制模式的觸發(fā)方式靈活；串口模式下可控制音量、打開或關(guān)閉功放、有循環(huán)播放和停止功 能。且支持萬年歷功能，外接32768K晶振能精準(zhǔn)計算年、月、日、時分秒等，功能十分強(qiáng)大，性價比很高。WTV020芯片內(nèi)建16位DA音頻輸出，且自帶內(nèi)部濾波功放，可以直接驅(qū)動0.5W的喇叭，內(nèi)建PSG可編程語音合成技術(shù)， 真正具有高音質(zhì)和低噪聲的特點。與WTV系列語音芯片配套的專業(yè)語音編程軟件操作界面簡單、容易操作，功能齊全，充分利用芯片內(nèi)部的資源，可以大大縮短芯片的制作周期。 此芯片具有眾多單元

24、電路，且有極強(qiáng)的可編程能力。語音模塊如下圖3-4所示10。圖3-4 語音模塊3.5 時鐘模塊時鐘電路作用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時鐘信號，單片機(jī)本身就是一個復(fù)雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應(yīng)在惟一的時鐘信號控制下嚴(yán)格地按時序進(jìn)行工作。該時鐘電路由兩個電容和一個晶體振蕩器組成。DS130可以計時到秒，且具有閏年補(bǔ)償?shù)裙δ?。該芯片有接口簡單、價格低廉、使用方便的優(yōu)點。其主要特點是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。每個單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，全程是叫晶體震蕩器，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振的作用非常大，它結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時鐘

25、頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個基礎(chǔ)上的。晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。時鐘模塊如下圖3-5所示。圖3-5 時鐘模塊3.6 串口通信模塊串口通信模塊式由MAX232主打的，MAX232內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個部分：第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳

26、（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）。串口通信模塊如下圖3-6所示。圖3-6 串口通信模塊4 系統(tǒng)的軟件流程圖檢測器的光照強(qiáng)度檢測、液晶顯示和語音播報均是在硬件電路測試安裝好后，通過手動調(diào)節(jié)和自動檢測

27、共同完成的。軟件程序下載到單片機(jī)后，手動撥動電源開關(guān)到開的位置，隨后光強(qiáng)傳感器開始檢測變量，并將得到的數(shù)值進(jìn)行初始化。同時液晶開始初始化并進(jìn)行背景色設(shè)置。然后，光強(qiáng)傳感器將光強(qiáng)強(qiáng)度輸送給主控單片機(jī)，主控單片機(jī)對數(shù)值進(jìn)行分析和轉(zhuǎn)換，并將處理后的數(shù)據(jù)傳給液晶顯示器顯示在屏幕上，同時語音播報器播報當(dāng)前光照強(qiáng)度和時間，并提示當(dāng)前光照是否適宜。其流程如圖4-1所示。時間設(shè)置和環(huán)境切換及環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)值的設(shè)定均是在液晶顯示屏上進(jìn)行的。通電后，液晶顯示系統(tǒng)開始初始化并顯示背景色。然后手動觸屏，選中不同環(huán)境，進(jìn)入不同的工作模式，同時語音播報。流程如下圖4-2所示。時間設(shè)置是按顯示器左上角鍵進(jìn)行調(diào)節(jié)年、月、日、時、分

28、、秒，并語音播報，其流程圖如圖4-3所示。環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)定通過左下鍵進(jìn)行調(diào)節(jié)，其流程圖如圖4-4所示。系統(tǒng)初始化檢測光照強(qiáng)度開始光強(qiáng)信號輸出光強(qiáng)信號轉(zhuǎn)換液晶顯示環(huán)境設(shè)置開始系統(tǒng)初始化設(shè)置背景色手動觸屏環(huán)境設(shè)置動物養(yǎng)殖環(huán)境蔬菜種植環(huán)境圖4-2 環(huán)境設(shè)置流程圖光強(qiáng)是否適宜語音警報語音警報否是結(jié)束圖4-1 系統(tǒng)主流程圖居室環(huán)境語音播報開始系統(tǒng)初始化液晶顯示按左上鍵調(diào)節(jié)年月日調(diào)節(jié)時分秒語音播報圖4-3 時間設(shè)置流程圖開始按左下鍵環(huán)境設(shè)置調(diào)節(jié)數(shù)值范圍液晶顯示系統(tǒng)初始化語音播報圖4-4 環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)值范圍調(diào)節(jié)5 實物的展示及性能測試分析5.1 系統(tǒng)整體實物圖該設(shè)計的特點為：(1)光強(qiáng)測試儀要便攜式方便移動；(2

29、)光照強(qiáng)度采集要有時鐘記錄；(3)光照強(qiáng)度能夠在彩色液晶上顯示；(4)光照強(qiáng)度的高低閾值可由用戶手動設(shè)定；(5)分動物養(yǎng)殖、蔬菜種植、居室環(huán)境；(6)能夠語音播放當(dāng)前光照強(qiáng)度值。系統(tǒng)整體實物圖如下圖5-1所示。 圖5-1 系統(tǒng)整體實物圖5.2 光強(qiáng)傳感器模塊實物圖光強(qiáng)傳感器是一種感應(yīng)光的強(qiáng)弱并進(jìn)行顯示、處理的測量裝置。使它可以完成多種光學(xué)實驗，諸如比較光強(qiáng)和距離的關(guān)系；研究光的干涉、衍射、偏振；在不 同光源下測量光的相對強(qiáng)弱；TSL2561是一種高速、低功耗、寬量程、可編程靈活配置的光強(qiáng)度數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片。該芯片廣泛應(yīng)用于各類顯示屏的監(jiān)控上，目的是在多變的光照條件下，使得顯示屏提供最佳的顯示亮度并

30、盡可能降低電源功耗。光強(qiáng)傳感器模塊實物圖如下圖5-2所示。圖5-2 光強(qiáng)傳感器模塊實物圖5.3 彩屏模塊實物圖 彩屏顯示模塊是有源矩陣類型液晶顯示器(TFT)中的一種，采用“背透式”照射方式。液晶平板顯示器，特別的TFT，是目前唯一在亮度、對比度、功耗、壽命、體積和重量等綜合性能上全面趕上和超過CRT的顯示器件，它的性能優(yōu)良、大規(guī)模生產(chǎn)特性好，自動化程度高，原材料成本低廉。彩屏模塊實物圖如下圖5-3所示。圖5-3 彩屏模塊實物圖5.4 系統(tǒng)測試及結(jié)果數(shù)據(jù)分析將程序?qū)雴纹瑱C(jī)，然后上電復(fù)位，通過觸屏來調(diào)整時間，模式，并能語音自動播報。用儀器來測量不同環(huán)境下的光照強(qiáng)度，得到以下結(jié)果如表5-1所示。

31、表5-1 光照強(qiáng)度測量值顯示播報適宜度蔬菜種植環(huán)境435435偏低54315431適宜90149014偏高動物養(yǎng)殖環(huán)境453453偏低11231123適宜24122412偏高居室環(huán)境836836偏低34233423適宜54305430偏高當(dāng)光強(qiáng)在8000-4000時適合蔬菜種植；當(dāng)光強(qiáng)在1500-800時適合動物養(yǎng)殖；當(dāng)光強(qiáng)在4000-1000時適合居??；測試結(jié)果符合程序設(shè)定的閾值。結(jié) 論本文設(shè)計了一個基于單片機(jī)的便攜式光照強(qiáng)度檢測儀系統(tǒng)，包括檢測儀的硬件構(gòu)成、軟件邏輯及程序代碼；以STC89C52RC作為系統(tǒng)硬件核心，采用光強(qiáng)傳感器檢測信號，將檢測到的光照強(qiáng)度傳送給主控單片機(jī)進(jìn)行分析和轉(zhuǎn)換。

32、同時實時時鐘將能夠記錄時間并在顯示器上顯示。而顯示屏為觸屏顯示器，可以通過手動觸屏來改變?nèi)掌诤铜h(huán)境。單片機(jī)將處理后的數(shù)據(jù)傳送給顯示器，同時語音播報當(dāng)前的光照強(qiáng)度和日期。實現(xiàn)了攜帶方便，檢測準(zhǔn)確的特點。同時本裝置應(yīng)用廣泛，人們的生產(chǎn)種植和居室環(huán)境均需要考慮到光照的因素，而便攜式體現(xiàn)了它的特點，因此具有廣闊的應(yīng)用。未來的發(fā)展趨可能為體積更小、價格更便宜并能夠給出特定環(huán)境下最適宜的光照強(qiáng)度。同時由于現(xiàn)場設(shè)備和本人水平有限，因此存在以下的缺陷：（1）系統(tǒng)上電后顯示屏?xí)霈F(xiàn)異常，不能正常顯示，需多次上電復(fù)位；（2）顯示屏有時會接觸不良。這些有待以后的研究。參考文獻(xiàn)1 張華. 傳感器的選擇J. 機(jī)械與電子

33、, 2006, 1(6): 25-27.2 王兆安. 電力電子技術(shù)第4版M. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2000,1-8.3 陳書秀, 梁英. 光照強(qiáng)度對雨生紅球藻葉葉綠素?zé)晒馓匦约拔r青素含量的影響J. 中海洋大學(xué)學(xué)報, 2009, 5(1): 32-35.4 Yang ,YI. J. Woo, Y.Y. and Kim. B. Optimum design for linearity and efficiency of microwave Doherty amplifier using a new load matching technique, 2007, (44), pp. 20-36.

34、5 劉煒等. 燈與照明J. 西安工業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2001, (10): 13-15.6 李群芳, 肖看. 單片機(jī)原理接口及應(yīng)用M. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2005, 6-16.7 彭東明, 韋又春. 單片機(jī)實用教程M. 北京: 北京理工大學(xué)出版社, 2007.8 張正喜. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾軟件設(shè)計J. 軟件天地, 2004, 1(11): 71-75.9 姜連強(qiáng), 汪曉燕. 基于光強(qiáng)傳感器TSL256x的感測系統(tǒng)設(shè)計J. 電子機(jī)械工程, 2007, 10(12): 25-27.10 楊其. 多路矩陣開關(guān)信號采集系統(tǒng)設(shè)計研究J. 電腦知識與技術(shù), 2009, 11(13) : 24-2

35、6.11 杜志江, 高國安. 單片機(jī)語音報警系統(tǒng)的研究J. 自動化技術(shù)與應(yīng)用, 2005, 8(1): 65-68.附錄1 便攜式光照強(qiáng)度檢測儀整體設(shè)計圖 附錄2 設(shè)備及元器件清單序號名稱型號數(shù)量 1單片機(jī)STC89C52RC12電源AMS11713光強(qiáng)傳感器TSL256114語音芯片WTV02015晶體振蕩器DS13016電平轉(zhuǎn)換芯片MAX23217顯示器HEAD20D18排阻RESPACK-359排阻RESPACK-9210電阻金屬氧化層911電容CAP1112晶振CRYSTAL213LEDRED214按鍵BUTTON115干電池UM-4116開關(guān)SW-SPDT1附錄3 系統(tǒng)主程序圖mai

36、n() uchar jiance; /光強(qiáng)檢測變量 write_isc(0x80,0x03); init_ds1302(); /ds1302初始化數(shù)據(jù) tftlcd_init(); /液晶初始化 clearscreen（Black); /設(shè)置背景色 show_RGB(0,240,0,320,Black); /顯示RGB顏色 write_string(56,0,"求精電子"，Green,Black); write_string(40,32,"光強(qiáng)測試儀"，Green,Black); write_string(0,64,"環(huán)境"，Gree

37、n,Black); write_string(80，64,"居室"，Green,Black); write_string(0,96,"適宜范圍"，Green,Black); write_string(176,96,"-"，Green,Black); write_string(0,128,"光照強(qiáng)度"，Green,Black); write_string(16,160,"時"，Green,Black); write_string(64,160,"分"，Green,Black);

38、 write_string(112,160,"秒"，Green,Black); write_string(16,192,"年"，Green,Black); write_string(64,192,"月"，Green,Black); write_string(112,192,"日"，Green,Black); while(1) readlight(); /注意硬件地址匹配 writelcd_shuzhi(144,128,date0,Green,Black); /顯示光照強(qiáng)度 lcd_ds1302(); if(!play) bobao; /播報當(dāng)前時間和光照 if(nian) bo_nian(); /播報日期 if(!mode) menu+; if(menu>