基于Si光電池的照度計設(shè)計與調(diào)試任務(wù)書

1、武漢理工大學(xué)光電技術(shù)課程設(shè)計說明書基于Si光電池的照度計調(diào)試與設(shè)計1.技術(shù)指標 利用硅光電池對光的靈敏性，設(shè)計出一個照度計。要求系統(tǒng)測量范圍為0-200lx，測量精度達到1lx，設(shè)計光電池輸出信號處理電路，要求可以控制處理后的電壓幅度,設(shè)計照度計硬件電路系統(tǒng)，要求系統(tǒng)各個模塊能夠正常工作,設(shè)計照度計軟件控制系統(tǒng)，要求系統(tǒng)整體工作穩(wěn)定,給設(shè)計系統(tǒng)定標，要求測量結(jié)果誤差在1%以內(nèi)。 2.設(shè)計方案及其比較 根據(jù)設(shè)計原理，硅光電池受光的影響產(chǎn)生電流，經(jīng)過并聯(lián)采樣電阻產(chǎn)生電壓信號。此信號進入放大器的同相放大端進行放大。經(jīng)過放大后產(chǎn)生伏級的電壓輸出信號，即電平輸出信號。該信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓

2、信號，然后經(jīng)過單片機處理轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號。最后通過LCD實時顯示出來。圖1 照度計系統(tǒng)框圖對于測量系統(tǒng)，核心控制芯片只能處理數(shù)字信號，所以必須把處理法得到的模擬電壓信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換得到相應(yīng)的數(shù)字電壓信號，以便系統(tǒng)的控制和處理。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計的好壞直接影響了測量系統(tǒng)的精度，該模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采用的是國家半導(dǎo)體生產(chǎn)的ADC0809。其管腳裝封圖如下： 圖2 ADC0809管腳圖各腳功能如下：D7-D0：8位數(shù)字量輸出引腳。IN0-IN7：8位模擬量輸入引腳。VCC：+5V工作電壓。GND：地。REF（+）：參考電壓正端。REF（-）：參考電壓負端。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端。ALE：地址鎖存

3、允許信號輸入 端。（以上兩種信號用于啟動A/D轉(zhuǎn)換）.EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳開始轉(zhuǎn)換時為低電平，當轉(zhuǎn)換結(jié)束時為高電平。OE：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。 根據(jù)光電轉(zhuǎn)換前置放大的三種電路，可以設(shè)計三種方案，它們分別是方案一：電阻轉(zhuǎn)換模式，方案二：三極管轉(zhuǎn)換模式，方案三：集成運放轉(zhuǎn)換模式。2.1 方案一 本方案的光電前置放大模塊采用電阻轉(zhuǎn)換模式 ，其電路圖如下：圖3 電阻轉(zhuǎn)換電路2.2 方案二 本方案的光電前置放大模塊采用三極管轉(zhuǎn)換模式，其電路圖如下：圖4 三極管轉(zhuǎn)換電路2.3 方案三 本方案的光電前置放大模塊采用三極管轉(zhuǎn)換模式，其電路圖如下：圖5 集成運放轉(zhuǎn)換電路2.4 方

4、案比較 三種方案各有優(yōu)缺點，它們的不同之處在于光電信號處理模塊。純電阻電路適合在電流較大的情況下使用，三極管電路適合在電流變化范圍較小的情況下使用，集成運放芯片適用范圍廣，但成本會提高很多。要從系統(tǒng)信號的實際要求和成本運算等各個方面考慮來選擇適合I/V轉(zhuǎn)換電路。 3.實現(xiàn)方案 選擇方案二為實現(xiàn)方案。所要設(shè)計的照度計電路電流變化范圍小，所以方案二的三極管電路和方案三的集成運放芯片比較合適。二考慮到成本問題，應(yīng)選用方案二為實現(xiàn)電路。圖6 電路仿真圖4.調(diào)試過程及結(jié)論4.1 電路連線根據(jù)設(shè)計仿真圖進行搭線，搞清楚實驗開發(fā)板各個模塊的內(nèi)容以及接線柱的連接問題。圖7 實際電路圖連線完成后，用相關(guān)軟件將之

5、前寫好的程序?qū)氲?1芯片中，然后可以進行粗略的調(diào)試。首先觀察LCD顯示板有無示數(shù)顯示，然后用手機強光照射硅光電池，看看示數(shù)有何變化。4.2 調(diào)試過程中的數(shù)據(jù)記錄及處理 將硅光電池置于合適的光照強度范圍內(nèi)，觀察LCD示數(shù)的顯示。記錄下數(shù)據(jù)并與標準照度計進行比較。表1 照度計原始數(shù)據(jù)記錄表標準照度計實驗照度計32lx36lx38lx40lx44lx45lx50lx51lx55lx58lx62lx64lx68lx68lx72lx71lx78lx77lx4.3 調(diào)試過程中遇到的問題1）LCD顯示屏第四個數(shù)字不顯示，不發(fā)光。經(jīng)過檢查后發(fā)現(xiàn)，該數(shù)字對應(yīng)的引腳接線松動，重新插緊后，數(shù)碼管顯示出數(shù)字。2）L

6、CD顯示的數(shù)字過大，數(shù)量級達到103，通過調(diào)試電阻，將數(shù)值降到適當范圍內(nèi)。3）設(shè)計的照度計顯示的數(shù)值與標準照度計有較大范圍的誤差。對程序進行修改，從而降低了誤差。4.4 結(jié)論 此次調(diào)試過程中遇到了很多問題，通過各種排查將誤差降到最小，使自己設(shè)計的照度計與標準照度計盡量接近。但是最后的出的數(shù)據(jù)仍然出現(xiàn)了問題，當光照強度在90lx范圍內(nèi)時，實驗照度計顯示的數(shù)值與標準照度計基本吻合。但當光照強度超過了90lx,實驗照度計便飽和了。5.心得體會 從最開始的初定題目，到最后程序的完成，歷經(jīng)兩周的時間。在這期間，遇到了各種問題，各種困難，程序運行錯誤，無法實現(xiàn)功能的挫敗和絕望感，解決問題后的欣喜和滿足感，

7、各種感受記憶猶新。 之所以選擇基于硅光電池照度計這一課題，主要是因為覺得比較這個題目比較新穎。其原理也比較容易理解，硅光電池受光的影響產(chǎn)生電流，經(jīng)過并聯(lián)采樣電阻產(chǎn)生電壓信號。此信號進入放大器的同相放大端進行放大。經(jīng)過放大后產(chǎn)生伏級的電壓輸出信號，即電平輸出信號。該信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號，然后經(jīng)過單片機處理轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號。最后通過LCD實時顯示出來。這次課程設(shè)計總體上對我來說并不那么簡單，首先是距離學(xué)習(xí)光電技術(shù)實在是過的時間太久了，很多知識都忘記的差不多了，并且期間穿插有必修課的考試。一邊準備考試，一邊準備課設(shè)確實讓課設(shè)在時間上打了折扣。考試結(jié)束后便全力投入到課設(shè)當中了，最終也做

8、出了成品。比起以往的實驗，這次課設(shè)可謂提高了一個新的層次，它包含了各個方面的技術(shù)，基本上調(diào)用了自己所有的知識儲備。設(shè)計到C+，單片機，模電數(shù)電以及光電技術(shù)等我們所學(xué)的所有專業(yè)課程。首先是要進行電路仿真，先用proteus做好電路圖，然后再用keil編寫程序?qū)⒊绦驅(qū)氲?1芯片中。過程并沒有那么順利，現(xiàn)實總比想象殘酷許多。一開始是LCD不顯示示數(shù)，然后再是示數(shù)沒有變化。通過很長一段時間的調(diào)試，才終于將仿真做好，并進行答辯。其次就是真槍實彈的實物操作了。按照電路圖將電路連接好后，再導(dǎo)入程序。發(fā)現(xiàn)電路并沒有想仿真圖一樣顯示，與標準照度計有著很大的出入。通過不斷的電路修改以及程序修改，照度計終于完成！

9、 由于時間問題和自身編程能力限制，最后做出的照度計并不令我十分滿意，當光照強度超過100lx時，我的照度計就飽和了。但這次課設(shè)確實讓我收獲了很多，所學(xué)的理論知識也及時得到鞏固。6.參考文獻1馬德駿等.C語言程序設(shè)計（第2版）.科學(xué)出版社, 2009.2吳友宇.模擬電子電路. 科學(xué)出版社, 2005.3伍時和.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ). 清華大學(xué)出版社, 2005.4楊應(yīng)平.光電技術(shù). 機械工業(yè)出版社, 2005.7.附錄 導(dǎo)入芯片程序代碼： #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit lcden=P21; sb

10、it lcdrs=P20; sbit lcdrw=P22; sbit adwr=P37; / sbit adcs=P30; /oe =gnd sbit 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); /初始化函數(shù) void delay(uint a); /延時函數(shù) void write_com(uchar com); /寫指令函數(shù) void write_data(uch

11、ar date); /寫數(shù)據(jù)函數(shù) void display(uint d); /顯示函數(shù) void main() void init(); /初始化 EA=1; /開總中斷 ET0=1; /開定時器中斷 TR0=1; /啟動定時器 lcden=0; /*對1602液晶的模式進行設(shè)置*/ write_com(0x38); /設(shè)置16*2顯示，5*7點陣，8位數(shù)據(jù)接口 write_com(0x0c); /設(shè)置開顯示，不顯示光標 write_com(0x06); /寫一個字符后地址指針加一 write_com(0x01); n(0x07); /顯示清零，數(shù)據(jù)指針清零 while(1) /*開始不斷掃

12、描P1引腳是否有信號，并且對信號進行計算和顯示*/ if(P1!=0) delay(10); If(P1!=0)/防止誤判 adwr=0; delay(5); adwr=1; delay(5); adwr=0; while(1); for(a=10;a0;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1 TH0=(65536-5000)/256; TL0=(65536-5000)%256; /定時時間為50ms num=0; / a

13、dcs=0; / sign=0; / temp=0; write_com(0x80); /*延時函數(shù)每次延時50ms*/ void delay(uint a) Uint b,c; for(b=a;b0;b-) for(c=110;c0;c-); /*定時器中斷函數(shù)*/ void to_time() interrupt 1 TH0=(65536-5000)/256; /中斷函數(shù)里重新賦初值 TL0=(65536-5000)%256; num+; If(num=20) /每20*50ms計算一次，并且將速度顯示 num=0; /標志位 Illusion=P1; /*寫指令函數(shù)*/ void wri

14、te_com(uchar com) lcdrs=0; / lcdrw=0; P0=com; / delay(5); lcden=1; delay(20); lcden=0; /*寫數(shù)據(jù)函數(shù)*/ void write_data(uchar date) Lcdrs=1; / delay(5); / Lcdrw=0; P0=date; / delay(5); lcden=1; delay(20); lcden=0; /*顯示函數(shù)*/ void display(uint illusion) qian=illusion/1000; bai=illusion%1000/100; shi=illusion%100/10; ge=illusion%10; /速度范圍為0至9999. for(num1=0;num120;num1+) /顯示前面一段字符 write_data(tablenum1); delay(20); ; write_com(0x80+0x41); /顯示光照強度 write_data(0x30+qian); wr