簡易光照度計的設(shè)計[優(yōu)選材料]

1、簡易照度計設(shè)計1實驗任務(wù)1.1實驗?zāi)康?1， 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

2、后將光敏二極管接入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

3、在半導(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，通過單片機控制電路將

4、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：光電轉(zhuǎn)換前置放大A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換圖1 照度計設(shè)計系統(tǒng)框圖LCD顯示單片機控制電路2.3 程序設(shè)計流程圖開始 程序流程圖如下：初始化信號輸入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 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)換電路 采用ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和AT89C

5、51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)字信號送到LCD顯示屏。3.2.3顯示電路 此處顯示電路采用了1602A液晶顯示模塊。 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ADD A、ADD B、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 #define ucha

6、r unsigned char#define uint unsigned intsbit lcden=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); /初始化函數(shù)void delay(uint a); /延時函數(shù)void wri

7、te_com(uchar com); /寫指令函數(shù)void write_data(uchar 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)

8、; /顯示清零，數(shù)據(jù)指針清零 while(1) /*開始不斷掃描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(oec);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5

9、0msnum=0;/adcs=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 1TH0=(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 write_com(u

10、char 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9

11、999. 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); 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;num1+)wri

12、te_data(table1num1);delay(20);write_com(0x80); 4調(diào)試過程及結(jié)論4.1調(diào)試過程圖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0lx。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255lx。 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)200300400500600700800電流(A)2.142.492.893.083.253.303.454.3結(jié)論 在Proteus軟件中仿真成功