測(cè)量光照強(qiáng)度的照度計(jì)的工作原理
來(lái)源： http://www.pfyin.com/ 類(lèi)別：實(shí)用技術(shù) 更新時(shí)間：2013-03-08 閱讀次
【本資訊由中國(guó)糧油儀器網(wǎng)提供】 照度與人們的生活有著密切的關(guān)系。充足的光照，可防止人們免遭意外事故的發(fā)生。反之，過(guò)暗的光線(xiàn)可引起人體疲勞的程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)眼睛的本身。并且在進(jìn)行農(nóng)作物種植的過(guò)程中，也需要進(jìn)行光照的控制，有效的光照，可以很好的促進(jìn)植物生長(zhǎng)，那么我們應(yīng)該如何控制光照強(qiáng)度呢？光照培養(yǎng)箱中的光照強(qiáng)度計(jì)是什么工作原理呢？但是市場(chǎng)上常用的照度計(jì)，對(duì)一般用戶(hù)而言費(fèi)用過(guò)高。本文設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易照度計(jì)，僅利用照度傳感器BH1710、單片機(jī)和LCD1602等少量元器件，花費(fèi)不過(guò)十幾元，但讀數(shù)迅速、方便，制作簡(jiǎn)單，原理易懂。
照度的測(cè)量方法測(cè)量照度的方法比較簡(jiǎn)單，是以整個(gè)探測(cè)器所接收的光通量除以探測(cè)器的面積，即為所測(cè)的照度，即：
E=dφ/dA，該量的符號(hào)是E，單位為勒克斯(lx)。
照度和人眼的光頻譜效率有關(guān)，因此，根據(jù)探測(cè)到人眼的光線(xiàn)的光譜靈敏度與光譜線(xiàn)的效率要相對(duì)應(yīng)。而光接收器相對(duì)人眼的光頻譜效率取決于人眼的光譜敏感性，所以使用光來(lái)匹配探頭。此外，對(duì)探測(cè)光的光響應(yīng)，與余弦規(guī)則相一致，因此，光探測(cè)器也需要余弦校正。余弦校正由光電傳感器、電子放大和讀數(shù)系統(tǒng)組成。由于硒材料的靈敏度比其它探測(cè)器更接近人眼的光譜光視效率，在過(guò)去的照度檢測(cè)中，硒材料被廣泛使用。但由于硅光電元件的靈敏度、穩(wěn)定性和壽命均比硒光電池高，近年來(lái)多采用硅光電池或硅光電二極管代替硒光電池做照度計(jì)的探測(cè)器件。硬件電路設(shè)計(jì)，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案本文以AT89S52單片機(jī)為控制核心，對(duì)從照度傳感器BH1710傳來(lái)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，然后通過(guò)液晶屏LCD1602顯示出來(lái)。照度傳感器BH1710照度傳感器BH1710FVC具有與人的視覺(jué)靈敏度相似的優(yōu)良光譜靈敏度特性，可以測(cè)量從黑暗到日光直射環(huán)境的寬范圍的照度，測(cè)量照度范圍為1～65535勒克斯。BH1710為16位串行數(shù)字輸出型環(huán)境光傳感器，采用I2C總線(xiàn)接口，可以便捷的與單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通信。另外，BH1710內(nèi)置有待機(jī)功能，待機(jī)電流只有0.01uA，有助于便攜式電子機(jī)器朝著低電流化方向更進(jìn)一步發(fā)展。光電二極管PD具有近似人眼視覺(jué)靈敏度的感光范圍，將檢測(cè)到的光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，然后經(jīng)集成放大器AMP放大并轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再經(jīng)16位模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后由I2C接口傳送出去。
BH1710可以應(yīng)用于大范圍的照度檢測(cè)，功耗低，應(yīng)用電路簡(jiǎn)單易于制作。液晶顯示模塊選型采用LCD液晶顯示器作為顯示單元，液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。與LED數(shù)碼管相比，采用LCD液晶顯示器有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①當(dāng)環(huán)境光線(xiàn)強(qiáng)度高時(shí)LED數(shù)碼管發(fā)光字體不明顯；②減少LED數(shù)碼管發(fā)光對(duì)測(cè)量的影響；③用低功耗液晶顯示屏幕有效節(jié)約能源。液晶顯示器具有低工作電壓(3～6V)，功耗小，體積小，重量輕的特點(diǎn)，是其它許多顯示器件無(wú)法比擬的。它被廣泛應(yīng)用在各種電子設(shè)備，電氣設(shè)備等多種低功耗產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中。
本系統(tǒng)選用LM1602液晶顯示模塊。LCD1602是2×16個(gè)字符型的液晶顯示模塊。他主要由液晶驅(qū)動(dòng)器、顯示控制器、LCD顯示器部分和背光燈等幾部分構(gòu)成。LCD顯示系統(tǒng)的核心為HD44780控制器，他本身具有時(shí)鐘信號(hào)功能，并有著完善的指令系統(tǒng)集，而且他是應(yīng)用最新的低功耗制造技術(shù)制造出來(lái)的點(diǎn)陣LCD控制器。液晶的每個(gè)顯示位為一個(gè)5×7的點(diǎn)陣組成，可以顯示數(shù)字、字母和一些字符等。LCD1602液晶顯示模塊和單片機(jī)的連接十分方便。我們可以采用直接控制或者間接控制兩種方式。直接訪(fǎng)問(wèn)方式就是把液晶器件作為I/O設(shè)備連接在單片機(jī)的總線(xiàn)上，而液晶控制線(xiàn)則接在單片機(jī)的地址總線(xiàn)上，讀取或?qū)懭脒^(guò)程則由單片機(jī)讀寫(xiě)操作信號(hào)來(lái)控制；間接控制方式就是把液晶的數(shù)據(jù)線(xiàn)和控制線(xiàn)直接并聯(lián)接在單片機(jī)的接口上，用單片機(jī)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)液晶的操作，從而達(dá)到控制液晶的目的。本文采用直接訪(fǎng)問(wèn)方式，LCD1602液晶顯示模塊和單片機(jī)接口。
程序設(shè)計(jì)照度計(jì)的單片機(jī)程序設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單。由于選用的照度傳感器BH1710為數(shù)字型傳感器，使用I2C總線(xiàn)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，程序設(shè)計(jì)只需編寫(xiě)I2C通信協(xié)議，讀取其輸出的數(shù)字信號(hào)即可。數(shù)據(jù)讀取BH1710為數(shù)字型照度傳感器，器件本身有三種精度模式：高精度、中精度和低精度。其中高精度分辨率為1lx，測(cè)量時(shí)間120ms；中精度分辨率為4lx，測(cè)量時(shí)間16ms；低分辨率為32lx，測(cè)量時(shí)間2.9ms。通過(guò)程序向BH1710發(fā)送不同控制指令，即可實(shí)現(xiàn)不同模式的選擇。I2C總線(xiàn)連接方式為先發(fā)送起始信號(hào)等待應(yīng)答，應(yīng)答成功后發(fā)送地址信號(hào)等待應(yīng)答，應(yīng)答成功后開(kāi)始對(duì)從器件進(jìn)行操作。當(dāng)初始化成功后即可進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取，讀取后的數(shù)據(jù)存入單片機(jī)存儲(chǔ)器。數(shù)據(jù)顯示程序LCD1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器(CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形。這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫(xiě)的英文字母“A”的代碼是01000001B(41H)，顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“A”。
本文是在對(duì)BH1710照度傳感器的研究基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出一種高精度照度計(jì)。該照度計(jì)以AT89S52單片機(jī)作為控制核心，應(yīng)用了最新數(shù)字型照度傳感器BH1710，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以根據(jù)需要設(shè)置不同的測(cè)量精度以及工作模式，測(cè)量精度最高可達(dá)1lx，可以嵌入到各種需要照度測(cè)量的電子儀器中。該照度計(jì)還具有低功耗模式，可以嵌入到便攜式電子儀器中。
照度的測(cè)量方法測(cè)量照度的方法比較簡(jiǎn)單，是以整個(gè)探測(cè)器所接收的光通量除以探測(cè)器的面積，即為所測(cè)的照度，即：
E=dφ/dA，該量的符號(hào)是E，單位為勒克斯(lx)。
照度和人眼的光頻譜效率有關(guān)，因此，根據(jù)探測(cè)到人眼的光線(xiàn)的光譜靈敏度與光譜線(xiàn)的效率要相對(duì)應(yīng)。而光接收器相對(duì)人眼的光頻譜效率取決于人眼的光譜敏感性，所以使用光來(lái)匹配探頭。此外，對(duì)探測(cè)光的光響應(yīng)，與余弦規(guī)則相一致，因此，光探測(cè)器也需要余弦校正。余弦校正由光電傳感器、電子放大和讀數(shù)系統(tǒng)組成。由于硒材料的靈敏度比其它探測(cè)器更接近人眼的光譜光視效率，在過(guò)去的照度檢測(cè)中，硒材料被廣泛使用。但由于硅光電元件的靈敏度、穩(wěn)定性和壽命均比硒光電池高，近年來(lái)多采用硅光電池或硅光電二極管代替硒光電池做照度計(jì)的探測(cè)器件。硬件電路設(shè)計(jì)，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案本文以AT89S52單片機(jī)為控制核心，對(duì)從照度傳感器BH1710傳來(lái)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，然后通過(guò)液晶屏LCD1602顯示出來(lái)。照度傳感器BH1710照度傳感器BH1710FVC具有與人的視覺(jué)靈敏度相似的優(yōu)良光譜靈敏度特性，可以測(cè)量從黑暗到日光直射環(huán)境的寬范圍的照度，測(cè)量照度范圍為1～65535勒克斯。BH1710為16位串行數(shù)字輸出型環(huán)境光傳感器，采用I2C總線(xiàn)接口，可以便捷的與單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通信。另外，BH1710內(nèi)置有待機(jī)功能，待機(jī)電流只有0.01uA，有助于便攜式電子機(jī)器朝著低電流化方向更進(jìn)一步發(fā)展。光電二極管PD具有近似人眼視覺(jué)靈敏度的感光范圍，將檢測(cè)到的光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，然后經(jīng)集成放大器AMP放大并轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再經(jīng)16位模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后由I2C接口傳送出去。
BH1710可以應(yīng)用于大范圍的照度檢測(cè)，功耗低，應(yīng)用電路簡(jiǎn)單易于制作。液晶顯示模塊選型采用LCD液晶顯示器作為顯示單元，液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。與LED數(shù)碼管相比，采用LCD液晶顯示器有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①當(dāng)環(huán)境光線(xiàn)強(qiáng)度高時(shí)LED數(shù)碼管發(fā)光字體不明顯；②減少LED數(shù)碼管發(fā)光對(duì)測(cè)量的影響；③用低功耗液晶顯示屏幕有效節(jié)約能源。液晶顯示器具有低工作電壓(3～6V)，功耗小，體積小，重量輕的特點(diǎn)，是其它許多顯示器件無(wú)法比擬的。它被廣泛應(yīng)用在各種電子設(shè)備，電氣設(shè)備等多種低功耗產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中。
本系統(tǒng)選用LM1602液晶顯示模塊。LCD1602是2×16個(gè)字符型的液晶顯示模塊。他主要由液晶驅(qū)動(dòng)器、顯示控制器、LCD顯示器部分和背光燈等幾部分構(gòu)成。LCD顯示系統(tǒng)的核心為HD44780控制器，他本身具有時(shí)鐘信號(hào)功能，并有著完善的指令系統(tǒng)集，而且他是應(yīng)用最新的低功耗制造技術(shù)制造出來(lái)的點(diǎn)陣LCD控制器。液晶的每個(gè)顯示位為一個(gè)5×7的點(diǎn)陣組成，可以顯示數(shù)字、字母和一些字符等。LCD1602液晶顯示模塊和單片機(jī)的連接十分方便。我們可以采用直接控制或者間接控制兩種方式。直接訪(fǎng)問(wèn)方式就是把液晶器件作為I/O設(shè)備連接在單片機(jī)的總線(xiàn)上，而液晶控制線(xiàn)則接在單片機(jī)的地址總線(xiàn)上，讀取或?qū)懭脒^(guò)程則由單片機(jī)讀寫(xiě)操作信號(hào)來(lái)控制；間接控制方式就是把液晶的數(shù)據(jù)線(xiàn)和控制線(xiàn)直接并聯(lián)接在單片機(jī)的接口上，用單片機(jī)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)液晶的操作，從而達(dá)到控制液晶的目的。本文采用直接訪(fǎng)問(wèn)方式，LCD1602液晶顯示模塊和單片機(jī)接口。
程序設(shè)計(jì)照度計(jì)的單片機(jī)程序設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單。由于選用的照度傳感器BH1710為數(shù)字型傳感器，使用I2C總線(xiàn)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，程序設(shè)計(jì)只需編寫(xiě)I2C通信協(xié)議，讀取其輸出的數(shù)字信號(hào)即可。數(shù)據(jù)讀取BH1710為數(shù)字型照度傳感器，器件本身有三種精度模式：高精度、中精度和低精度。其中高精度分辨率為1lx，測(cè)量時(shí)間120ms；中精度分辨率為4lx，測(cè)量時(shí)間16ms；低分辨率為32lx，測(cè)量時(shí)間2.9ms。通過(guò)程序向BH1710發(fā)送不同控制指令，即可實(shí)現(xiàn)不同模式的選擇。I2C總線(xiàn)連接方式為先發(fā)送起始信號(hào)等待應(yīng)答，應(yīng)答成功后發(fā)送地址信號(hào)等待應(yīng)答，應(yīng)答成功后開(kāi)始對(duì)從器件進(jìn)行操作。當(dāng)初始化成功后即可進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取，讀取后的數(shù)據(jù)存入單片機(jī)存儲(chǔ)器。數(shù)據(jù)顯示程序LCD1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器(CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形。這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫(xiě)的英文字母“A”的代碼是01000001B(41H)，顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“A”。
本文是在對(duì)BH1710照度傳感器的研究基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出一種高精度照度計(jì)。該照度計(jì)以AT89S52單片機(jī)作為控制核心，應(yīng)用了最新數(shù)字型照度傳感器BH1710，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以根據(jù)需要設(shè)置不同的測(cè)量精度以及工作模式，測(cè)量精度最高可達(dá)1lx，可以嵌入到各種需要照度測(cè)量的電子儀器中。該照度計(jì)還具有低功耗模式，可以嵌入到便攜式電子儀器中。
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