智能型照度测试仪

目录前言第1章概述..........................................................11.1设计背景及意义................................................11.2照度计发展方向................................................21.3本论文的研究内容及结构安排....................................3第2章方案选择与基本理论............................................42.1方案一........................................................42.2方案二........................................................52.3光传感器电特性................................................52.4光照强度......................................................7第3章系统硬件电路设计..............................................83.1信号采集电路..................................................83.2前级信号放大电路..............................................93.3模数转换电路.................................................103.4数据处理电路.................................................133.5显示电路.....................................................14第4章软件设计.....................................................174.1单片机程序编制的方法介绍.....................................174.2软件编程的实现...............................................184.3A/D转换子程序...............................................194.4中断服务子程序...............................................204.5数据处理子程序...............................................204.6显示子程序...................................................21第5章仿真调试.....................................................225.1调试平台.....................................................225.2零输入电压调试...............................................235.3最大输入电压调试.............................................245.4自制照度计定标...............................................24第6章总结与设计心得...............................................26参考文献............................................................27致谢..............................................................29附录1硬件程序......................................................30附录2各种场所标准参考表............................................36附录3总电路图......................................................38前言随着数字技术的发展，模拟技术的缺陷日益明显，数字仪器取代模拟仪器已经成为电子仪器的发展趋势。并且在医学研究方面和农业养殖方面，照度仪的用处越来越大。在照度测量方面，一般照度仪精确度很低，读数不方便且误差较大，已经逐渐被淘汰。而数字照度仪集读数方便、迅速、精确度高等特点于一体，优势明显，成为实验室乃至市场的首选。国外数字照度仪的发展已经有好多年的历史，而且许多企业在生产照度仪。例如德国的testo540。照度仪适合人眼光谱的传感器具有读数锁定功能，便于读数，显示最大/最小值。还有各种特殊功，特殊环境下用的照度仪，如水下照度仪，顾名思义就是在水下使用的照度仪；另外紫外线照度仪，可测量220到270纳米，可用于卫生、医疗、化工、电子、航天等行业。现在数字照度仪正在向着分辨率高、小巧便捷、反应迅速的方向发展。数字照度仪在国内的发展起步虽然比较晚，但是发展速度非常迅猛。例如广州宏诚集团电子科技有限公司、陕西华夏亨通电子科技有限公司等产的照度仪就可以和技术先进国家的照度仪相媲美。精美的光度测量、折叠式设计、方便携带等都是国内照度仪的优点。但是市场上的常用的照度仪，动辄几千元，对于要求不高的小用户话费的确太高。故做此简易照度仪，仅利用光敏电阻、AT89C51和LED共阳极数码管等少量元器件，花费不过几十元，但读数迅速、方便，制作简单，原理易懂。1第1章概述1.1设计背景及意义照度与人们的生活有着密切的关系。在一些特定场合充足的光照，可防止人们免遭意外事故的发生。反之，过暗的光线可引起人体疲劳的程度远远超过眼睛的本身。因此，不适或较差的照明条件是造成事故和疲劳的主要原因之一。现有统计资料表明，在所有职业劳动的事故中约有30%是直接或间接因光线不足所造成的。对体育场（馆）的光照要求是非常严格的，光照过强或过暗都会影响比赛的效果[22]。那么，人们居住的室内对照度的卫生学要求是如何呢？照度是在卫生学中一项十分重要的指标。光是指能引起人眼睛光亮感觉的电磁辐射，当光线进入眼睛后可产生的知觉称为视觉。人们所见的光是指可见光，其波长范围在380～760nm（纳米）之间。目前采光可分为自然采光和人工光源两大类。自然采光是指室内和地区的天然照度，有直接的日光照散射光和周围物体的反射光，常用采光系数和自然照度表示。而采光系数是指采光口的有效面积与室内地面面积之比。一般住宅的采光系数在1/5～1/15之间，居住面积比在1/8～1/10之间（窗面积/室内地面面积）。自然照度系数是用于评价自然光的照度水平。它是反映室内的和同时从室外来的光照射关系。也反映出当地光气候（自然光能源和气候的阳光照度指标的总和）。为保障人们在适宜的光照下生活，我国制定了有关室内（包括公共场所）照度的卫生标准。如在公共场所商场（店）的照度卫生标准≥100Lx；图书馆、博物馆、美术馆、展览馆台面照度的卫生标准≥100Lx；公共浴室照度卫生标准≥50Lx；浴室（淋、池、盆浴）≥30Lx，桑那浴室≥30Lx.国外有关室内照度的标准，如德国推荐几种额定光强，办公室包括文书工作区为300Lx，打字，绘图工作为750Lx；在工厂，生产线上的视觉工作的照度要求2为1000Lx；酒店、公共房间为200Lx；接待点、出纳柜为200Lx；商店的橱窗为1500～2000Lx；医院病房为150～200Lx，紧急治疗区为500Lx；学校、教室为400～700Lx；食堂、室内健身房为300Lx等。对于照度大小的测量方法，一般用照度计测量。照度计可测出不同波长的强度（如对可见光波段和紫外线波段的测量），可向人们提供准确的测量结果。总之，照度与人体健康，尤其是对眼睛的保健有着极其重要的卫生学意义。1.2照度计发展方向当前照度计基本上分为两种方案，一种方案是采用光电传感器元件把光信号转变成电信号、电信号进过放大和A／D转换，最后由LED数码管或LCD显示出测量数据；另一方案就是在A／D转换器后面再加一个单片机来控制整个系统的工作。同时传感器配制V(R)修正滤光片，符合国际照明委员会(CIE)定的人眼视觉特性，并配有余弦校正器，使传感器对不同角度光的响应值符合余弦法则，对点、线、面光源及各种不同颜色的可见光能准确测量【24】。照度计作为一种数字式仪表随着新技术和新工艺的不断发展，将有以下发展趋势：(1)最先应用新的科学研究成果，高新技术大量采用仪器仪表装置不仅本身已成为高技术的新产品，而且利用新原理、新概念、新技术、新材料和新工艺等最新科技成果集成的仪器仪表装置和系统层出不穷。(2)模块化的发展方向新一代数字仪表正朝着标准模块化的方向发展。预计在不久的将来，照度计将由标准化、通用化、系列化的模块所构成，给电路设计和安装调试、维修带来极大方便。表面安装技术(SMT)和表面安装元器件(SMD)将获得普遍应用。这项技术被誉为世界电子工艺技术的一项重要突破。所谓表面安装是将微型化的表面安装集成电路(SMIC)和表面安装元件，用粘贴工艺直接安装在印刷板上，再用波峰焊接机焊接，由此取代传统的打孔焊接工艺，使印刷板安装密度大为增加，可靠3性得到明显提高。(3)安全性仪器仪表在设计和使用中的安全性，对于生产厂家和广大用户都是至关重要的问题。一方面厂家必须为仪表设计安全保护电路，并使之符合国际标准(例如美国UL认证，欧洲GS认证，IS09001国际标准质量认证)；另一方面用户必须安全操作，时刻注意仪表上的各种安全警告指示。仪表的保护电路在于最大限度的减小或防止因误操作而造成的危害。(4)操作简单化(5)不断微型化、智能化、精美化1.3本论文的研究内容及结构安排首先通过光敏电阻将采集到的光信号转变成电流信号，电流通过前级放大加在电阻上产生一个电压，然后将产生的电压信号送入ADC0808进行模拟与数字之间的转化，然后送入主控电路的单片机中，然后将产生信号输入LCD显示屏。按照设计的基本要求，系统可分为三大模块，数据采集模块、控制器模块、显示器模块。其实数据采集模块由光敏电阻、信号前级处理和A/D转换部分组成。转换后的数字信号送给控制器处理，由控制器完成对该数字量的处理，驱动显示模块显示出想要得到的数值。本文的一、二章主要讲述了目前国内外照度计的发展情况以及对基本概念的一些介绍，第三章是本论文的重点，主要介绍了硬件电路的设计以及具体工作原理。第四章是本次论文设计的另一个重点，在一个自动控制系统中，系统的硬件是系统实现功能的物理基础，但是只有硬件而无软件的系统是无法工作的。软件是系统的灵魂，系统依靠软件实现其各个功能。并且软件编制的合理可以有效的发挥、扩展硬件的功能，还可以完善抗干扰能力，因此软件编制是本控制系统设计的另一个重点。第五章主要是电路调试过程中遇到的一些问题以及调试结果。4第2章方案选择与基本理论本设计是要求做一个智能型照度测试系统，系统主要由数据采集模块，模数转化模块，数据处理，LCD显示模块组成。由光敏电阻采集信号，经前置放大送入模数转换器，然后将模拟信号转化为数字信号送入单片机，由单片机控制显示模块，显示出正确数值。2.1方案一本方案的硬件电路总体设计思想是：以单片机AT89C51为核心的中央处理器，辅以外围模拟、数字电路功能模块，实现从光电传感器传来的信号测量到最后的显示输出。测量控制部分是整个系统的核心部分