基于單片機的照度計設(shè)計

桂彩云+朱閃閃

摘要：日常生產(chǎn)生活中經(jīng)常需要對光源的照度進行測量。本文設(shè)計一種基于單片機的照度計，采用了GY-30型號的BH1750光電傳感器來測量外部光照，以AT89C51單片機為系統(tǒng)控制核心，1602液晶顯示測量數(shù)據(jù)，報警電路實現(xiàn)光電閾值報警。通過實測數(shù)據(jù)對比及誤差分析，表明該系統(tǒng)具備高精度、高時效測量光照度的功能，測量精度可達1lx。

關(guān)鍵詞：照度計；光電傳感器；液晶顯示；實驗測試

中圖分類號：TP216 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）10-0023-02

1 引言

光是人類生存的基礎(chǔ)，過強或是過弱的光線都會造成或多或少的影響。統(tǒng)計資料顯示，需要光照條件的夜間勞動出現(xiàn)的事故大約有30%是因為光線不足導(dǎo)致的。例如體育場的光照條件都需要嚴格的要求，光照過強或過暗都會不利于比賽的進行。又如在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的大棚中，光照強度的合理控制是決定生產(chǎn)產(chǎn)量的重要因素[1]。目前市場上常見的照度測量設(shè)備一般成本都比較高。本設(shè)計提出了一種采用單片為核心機的照度計設(shè)計，結(jié)合照度傳感器BH1750、LCD1602、蜂鳴器、按鍵燈等器件，設(shè)計出一款容易操作，價格低廉，應(yīng)用范圍廣的實時光照度測量儀器。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計方案及硬件電路

2.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)以AT89C51單片機為控制系統(tǒng)的中央處理器，結(jié)合傳感器電路，前置放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)化電路，單片機最小系統(tǒng)，以及按鍵電路、報警電路、液晶顯示電路組成，傳感器將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)前置電路[2]的放大經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后由單片機處理，單片機經(jīng)標度變換，顯示當前環(huán)境下的照度值。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2.2 光電傳感器及接口電路

BH1750FVI 是一款采用串行總線接口[3]，內(nèi)部具有16位AD轉(zhuǎn)換芯片，并可以直接輸出數(shù)字信號的光電傳感器，結(jié)合微型控制器就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，光照度測量范圍在1-65535lx之間，誤差變動范圍小。BH1750FVI傳感器與單片機之間通過IIC通信協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸，SDA，SCL引腳分別通過上拉電阻之后連接單片機的P35，P36引腳，51單片機本身沒有IIC接口電路，必須通過程序來實現(xiàn)IIC工作時序，接口電路如圖2所示。

2.3 單片機最小系統(tǒng)

設(shè)計采用AT89C51單片機，工作電源為+5V，采用內(nèi)部時鐘方式為系統(tǒng)提供時鐘信號，時鐘電路通常由晶振和電容組成，用來產(chǎn)生單片機工作時所需要的時鐘信號，設(shè)計中采用的起振頻率是12MHz，并采用上電復(fù)位方式。

2.4 顯示方式的選擇

液晶顯示經(jīng)常被用作人機交互的智能電子儀器上對數(shù)字、字母和圖形符號[4-5] 等信息進行顯示。設(shè)計中用來顯示實測照度值以及設(shè)定的上下限閾值，因此需選擇有2行或2行以上的LCD顯示器，LCD1602顯示屏D0～D7接口分別接單片機P0口，并連接4.7K的排阻增大驅(qū)動電流，4引腳RS接單片機P2.5，進行寄存器的選擇，5引腳接單片機P2.6，進行讀寫控制，當RW置高時，數(shù)據(jù)讀到D0～D7，當RW為低電平時，數(shù)據(jù)從D0～D7寫出，6引腳通過單片機P2.7驅(qū)動。顯示接口電路如圖3所示。

2.5 報警電路的設(shè)計

本設(shè)計采用蜂鳴器以及二極管進行聲光報警提示，在蜂鳴器驅(qū)動電路中由于單片機輸出電流比較小，需要采用三極管進行信號的放大。當達到報警上限時紅色LED燈亮、蜂鳴器報警；當達到報警下限時黃色LED燈亮、蜂鳴器報警。

3 系統(tǒng)程序設(shè)計

主程序是控制單片機系統(tǒng)按預(yù)定操作方式運轉(zhuǎn)的程序，它負責組織調(diào)用各子程序模塊，本設(shè)計包括IIC通信子程序、顯示子程序、按鍵子程序、報警子程序。主程序工作過程為：系統(tǒng)上電后單片機進入檢測狀態(tài)，同時完成對各個子程序的初始化工作。在沒有外部控制信息輸入的情況下，系統(tǒng)自動采集外界照度值，完成報警和顯示功能。主程序如圖4所示。

4 性能檢測

同一時間和同一地點對同一光源用市面上精度達到0.01lx的高精度數(shù)字照度計TES-1339R和本設(shè)計照度計進行實測數(shù)據(jù)比較[6-7]。具體數(shù)據(jù)如表1。調(diào)整光源亮度用兩個照度計測量其照度，測量6次，分別記錄各自的數(shù)據(jù)。

將表中的數(shù)據(jù)繪制成曲線對比更清晰明了，如圖5所示。

從圖中可以看出兩個照度計的測量數(shù)據(jù)曲線沒有明顯的差異，因此可以確定本次設(shè)計所設(shè)計的照度計基本實現(xiàn)了預(yù)期測量功能。具體采集事物如圖6所示。

5 結(jié)語

本文設(shè)計了一種基于AT89C51單片機的光照度檢測系統(tǒng)，通過實際驗證證實該設(shè)計能夠完成對光照度的實時檢測，設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，實用價值高。但還是有很多有待進一步提高的性能，如功能的增強，精度的提高等。

參考文獻

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