简易光照度计的设计

南京信息工程大学 电子与信息工程学院 电子科学与技术系 周悦光电传感器课程设计论文 学生姓名 周悦 学 号 20091321018 院 系 电子与信息工程学院专 业 电子科学与技术指导教师 李敏二一二年 5月 22日利用硅光电池的简易照度计设计1 实验任务 利用硅光电池为信号输入电路，用ADC0804芯片作AD转换的作用，以AT89S52单片机芯片设计控制电路，来制作一个简易照度计，最后可以通过LCD显示屏显示照度值。2 设计原理2.1 基本理论硅光电池是一种能将光能直接转换成电能的半导体器件，它实质上是一个大面积的半导体PN结，其工作原理是光生伏特效应。当光照射在硅光电池的PN结区时，会在半导体中激发出光生电子-空穴对。PN结两边的光生电子-空穴对在内电场作用下，多数载流子的不能穿越阻挡层，而少数载流子却能穿越阻挡层，结果，P区的光生电子进入N区，N区的光生空穴进入P区，使每个区中的光生电子-空穴对分割开来。光生电子在N区的集结使N区带负电，光生电子在P区的集结使P区带正电。P区和N区之间产生光生电动势。当硅光电池接入负载后，光电流从P区经负载流至NE，负载中就会有功率输出。 利用AT89S52芯片实现控制电路，用ADC0804模数转换器实现模拟信号和数字信号的转换。当光电池接入负载，将输出的信号通过前置放大电路放大，通过模数转换器ADC0804转换为数字信号，通过单片机控制电路将信号输入LCD显示屏，在显示屏上显示当前的照度值。2.2 系统框图系统框图如下：光电转换前置放大A/D模数转换LCD显示单片机控制电路图1 照度计设计系统框图2.3 程序设计流程图开始 程序流程图如下：初始化信号输入A/D转换LCD显示图2 程序设计流程图3 实现方案3.1 硬件电路图图3 照度计硬件原理图3.2 原理图说明3.2.1 光电前置放大电路 利用三级管的的放大作用，将带负载的光电池电路输出的电流放大，为了保证信号有更好的线性关系，所以将三极管接成电流转换为电压的形式。经过测量，电压放大的范围大概为0.2V到2.3V。3.2.2 AD转换电路 采用ADC0804模数转换芯片和AT89S52单片机，将光电池接收的光信号转换后放大的电压模拟信号转换为数字信号，然后通过单片机的控制电路将数字信号送到LCD显示屏。3.2.2 显示电路 此处显示电路采用了1602液晶显示模块。 当光直射光电池时，放大的电压信号送入AD转换器的IN端口，模拟信号经过转换后向OUT-1OUT8传送数字信号。数字信号经过总线传送到AT89S52的P1口，并读入累加器A，经过AT89S52计算后通过P0端口输出，然后控制LCD显示屏的输出。3.3 硬件程序/控制口定义/#include<reg52.h>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ad0_7 P1 sbit cs=P30; sbit rd=P31; sbit wr=P32; sbit intr=P33; sbit rs=P35;sbit rw=P36;sbit en=P37;uchar code table=" illuminance is:" uchar code table1="0123456789"uchar code table2="lx"void delay(uint t) uint i; uchar j; for(i=t;i>0;i-) for(j=0;j<200;j+); /AD转换子程序/void start_ad(void) cs=0; wr=0;_nop_();wr=1; while(intr); cs=1; read_ad() uint ad_data; ad0_7=0xff; cs=0; rd=0; ad_data=ad0_7; rd=1;cs=1; return(ad_data);void lcd_wcom(uchar com) rs=0;rw=0;P0=com;delay(5);en=1;en=0; void lcd_wdat(uchar dat)rs=1;rw=0;P0=dat;delay(5);en=1;en=0; void lcd_init() lcd_wcom(0x38);lcd_wcom(0x0c);lcd_wcom(0x06);lcd_wcom(0x01);delay(10); int main(void) uint m,n,z,four,three,two,one; lcd_init(); lcd_wcom(0x80); for(m=0;m<16;m+) lcd_wdat(tablem); delay(5); lcd_wcom(0xc9); for(m=n;n<2;n+) lcd_wdat(table2n); delay(5); while(1) start_ad(); z=read_ad(); four=z/51; three=z%51*10/51; two=z%51*10%51*10/51; one=z%51*10%51*10%51*10/51; lcd_wcom(0xc4); lcd_wdat(table1four); delay(50); lcd_wdat(table1three); delay(50); lcd_wdat(table1two); delay(50); lcd_wdat(table1one); delay(50); 4 调试过程及结论4.1 调试过程 在仿真过程中，这里先采用滑动变阻器来代替硅光电池，具体的就是将滑动变阻器接电源和地，将滑动端接入前置放大电路的输入端，前置放大电路的输入端接ADC0804芯片的正电压输入端口，负电压输入端口接地。用P3.0P3.3四个端口控制ADC0804，用P3.5P3.7端口控制1602液晶屏。P1端口接受ADC0804的数字信号，由P0端向1602液晶屏发送要显示的数据。AT89S52使用12兆的晶振作为振荡电路，电源电压使用+5V，ADC0804的参考电压使用5V。电压仿真图1从图中可看出，输入电压为1.66V时，显示屏显示的照度值就为1666lx。电压仿真图2从图中可看出，输入电压为0.86V时，显示屏显示的照度值就为0862lx。 在焊电路板的过程中，开始时用两个控制端控制LCD显示屏，发现效果不太好，后来改为三个端口控制。在调试过程中，接上电源，发现LCD没有反应，检查电路发现是LCD的数据输入端和AT89S52的P0接反了。改正上述错误后，显示屏亮了，可发现显示的乱码而且显示很不稳定，检查电路后发现是电路中某些接触点接触不良。将这些接触点重新焊了一遍，显示屏终于显示了照度值，但数值很不稳定，从十几勒克斯到两百多勒克斯无规律跳变，可能是AD输出出错，检查电路，确实的AD的OUT端与AT89S52的P1端口接反了，导致输出数值放大了几百倍，因此出现微弱信号变化就使数值改变很大。改正此处电路后，终于显示了正常稳定的照度值。4.2 结论 在Proteus软件中仿真成功，并按电路原理图焊接好电路，将程序烧录到AT89S52芯片中进行调试，LCD显示屏最终可以显示照度值，实验成功。图6 焊接好的电路板图7 LCD显示屏上显示的照度值 可以看到，将光电池放在液晶光源处的照度值为2300lx。遮住光电池后，显示的照度值明显减小，如图。图8 移开光电池后显示的照度值可以看到，当把光电池移开液晶光源时，照度值减小到1500lx。当把光电池放在液晶屏下面的时候（大致上无光照），照度值显示为150lx。实验小结： 至此，实际测试成功，实验完成，共耗时1周时间。其间遇到不少的问题，通过网上查资料，向老师和同学请教等，一步步解决了，感谢老师和同学的帮助，也提醒自己以后在焊接过程中要更加的认真，不能马虎。13南京信息工程大学 电子与信息工程学院 电子科学与技术系 周悦