簡(jiǎn)易光照度計(jì)的設(shè)計(jì).doc

簡(jiǎn)易照度計(jì)設(shè)計(jì)1實(shí)驗(yàn)任務(wù)1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1， 了解光敏二極管的基本特性。 2， 設(shè)計(jì)和制作簡(jiǎn)易照度計(jì)。1.2 實(shí)驗(yàn)要求1， 根據(jù)參考電路，分析照度計(jì)的基本工作原理。2， 測(cè)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(jì)和制作1000LUX的簡(jiǎn)易照度計(jì)。1.3 實(shí)驗(yàn)所需器材電阻，電位器，運(yùn)算放大器，正負(fù)12V電源， 負(fù)9V電源，51單片機(jī)，數(shù)碼管，高壓汞燈，連接線 照度計(jì)設(shè)計(jì)模板（電路板），光敏二極管（日光型，響應(yīng)波長(zhǎng)在5000埃到6000埃），萬(wàn)用表。1.4 設(shè)計(jì)內(nèi)容1， 根據(jù)電路圖制作照度計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉?， 調(diào)節(jié)照度計(jì)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(cè)量該照度下光敏二極管的光電流。 3， 測(cè)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(gè)負(fù)偏壓并測(cè)量出該電壓的大小，重復(fù)2,3步的內(nèi)容，做出照度計(jì)電流曲線，并比較。 5， 根據(jù)不同照度計(jì)下的輸出電壓設(shè)計(jì)制作簡(jiǎn)易照度計(jì)。 2設(shè)計(jì)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(shí)質(zhì)上是一個(gè)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(shí)，會(huì)在半導(dǎo)體中激發(fā)出光生電子-空穴對(duì)。PN結(jié)兩邊的光生電子-空穴對(duì)在內(nèi)電場(chǎng)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(jìn)入N區(qū)，N區(qū)的光生空穴進(jìn)入P區(qū)，使每個(gè)區(qū)中的光生電子-空穴對(duì)分割開(kāi)來(lái)。光生電子在N區(qū)的集結(jié)使N區(qū)帶負(fù)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(dòng)勢(shì)。當(dāng)硅光電池接入負(fù)載后，光電流從P區(qū)經(jīng)負(fù)載流至NE，負(fù)載中就會(huì)有功率輸出。 利用AT89C51芯片實(shí)現(xiàn)控制電路，用ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。當(dāng)光電池接入負(fù)載，將輸出的信號(hào)通過(guò)三極管放大，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)控制電路將信號(hào)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(jì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖LCD顯示單片機(jī)控制電路2.3 程序設(shè)計(jì)流程圖開(kāi)始 程序流程圖如下：初始化信號(hào)輸入A/D轉(zhuǎn)換LCD顯示圖2 程序設(shè)計(jì)流程圖3實(shí)現(xiàn)方案3.1 硬件電路圖 圖3 照度計(jì)硬件原理圖3.2原理圖說(shuō)明3.2.1光電前置放大電路 利用三級(jí)管的的放大作用，將帶負(fù)載的光電池電路輸出的電流放大，為了保證信號(hào)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(guò)測(cè)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AT89C51單片機(jī)，將光電池接收的光信號(hào)轉(zhuǎn)換后放大的電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后通過(guò)單片機(jī)的控制電路將數(shù)字信號(hào)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(shí)，放大的電壓信號(hào)通過(guò)三極管的發(fā)射極送入AD轉(zhuǎn)換器的IN0端口。因?yàn)锳D的ADD A、ADD B、ADD C都接地，所以ADC0809就采集IN0端口的信號(hào)。模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后向OUT-1OUT8傳送數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)總線傳送到AT89C51的P1口，并讀入累加器A，經(jīng)過(guò)AT89C51計(jì)算后通過(guò)P0端口輸出，然后控制LCD顯示屏的輸出。3.3硬件程序#include #define uchar 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(shí)函數(shù)void write_com(uchar com); /寫(xiě)指令函數(shù)void write_data(uchar date); /寫(xiě)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(kāi)總中斷 ET0=1; /開(kāi)定時(shí)器中斷 TR0=1; /啟動(dòng)定時(shí)器 lcden=0;/*對(duì)1602液晶的模式進(jìn)行設(shè)置*/ write_com(0x38); /設(shè)置16*2顯示，5*7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口write_com(0x0c); /設(shè)置開(kāi)顯示，不顯示光標(biāo)write_com(0x06); /寫(xiě)一個(gè)字符后地址指針加一 write_com(0x01); /顯示清零，數(shù)據(jù)指針清零 while(1) /*開(kāi)始不斷掃描P1引腳是否有信號(hào)，并且對(duì)信號(hào)進(jìn)行計(jì)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(shí)器0工作于計(jì)數(shù)方式1 TH0=(65536-5000)/256; TL0=(65536-5000)%256; /定時(shí)時(shí)間為50msnum=0;/adcs=0;/sign=0;/temp=0;write_com(0x80);/*延時(shí)函數(shù)每次延時(shí)50ms*/void delay(uint a)uint b,c;for(b=a;b0;b-)for(c=110;c0;c-);/*定時(shí)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(jì)算一次，并且將速度顯示num=0; /標(biāo)志位illusion=P1;/*寫(xiě)指令函數(shù)*/void write_com(uchar com)lcdrs=0; /lcdrw=0;P0=com;/delay(5);lcden=1;delay(20);lcden=0;/*寫(xiě)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(qiáng)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+)write_data(table1num1);delay(20);write_com(0x80); 4調(diào)試過(guò)程及結(jié)論4.1調(diào)試過(guò)程圖4 電壓為零時(shí)的仿真圖從圖中可看出，輸入電壓最小為零時(shí)，顯示屏顯示的照度值就為0lx。圖5 電壓最大時(shí)仿真圖 從上圖中可看出，輸入電壓最大時(shí)，顯示屏顯示的照度值為255lx。 在焊電路板的過(guò)程中，開(kāi)始時(shí)用兩個(gè)控制端控制LCD顯示屏，發(fā)現(xiàn)效果不太好，后來(lái)改為三個(gè)端口控制。在調(diào)試過(guò)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(diǎn)接觸不良。將這些接觸點(diǎn)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(wú)規(guī)律跳變，可能是AD輸出出錯(cuò)，檢查電路，確實(shí)的AD的OUT端與89C51的P1端口接反了，因此出現(xiàn)微弱信號(hào)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