測量光照強度的照度計的工作原理
來源： http://www.98fo.cn/ 類別：實用技術 更新時間：2013-03-08 閱讀次
【本資訊由中國糧油儀器網提供】 照(zhao)度(du)與(yu)人(ren)們(men)的(de)生(sheng)活(huo)有(you)著(zhe)密(mi)切(qie)的(de)關(guan)係(xi)。充(chong)足(zu)的(de)光(guang)照(zhao)，可(ke)防(fang)止(zhi)人(ren)們(men)免(mian)遭(zao)意(yi)外(wai)事(shi)故(gu)的(de)發(fa)生(sheng)。反(fan)之(zhi)，過(guo)暗(an)的(de)光(guang)線(xian)可(ke)引(yin)起(qi)人(ren)體(ti)疲(pi)勞(lao)的(de)程(cheng)度(du)遠(yuan)遠(yuan)超(chao)過(guo)眼(yan)睛(jing)的(de)本(ben)身(shen)。並(bing)且(qie)在(zai)進(jin)行(xing)農(nong)作(zuo)物(wu)種(zhong)植(zhi)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)，也(ye)需(xu)要(yao)進(jin)行(xing)光(guang)照(zhao)的(de)控(kong)製(zhi)，有(you)效(xiao)的(de)光(guang)照(zhao)，可(ke)以(yi)很(hen)好(hao)的(de)促(cu)進(jin)植(zhi)物(wu)生(sheng)長(chang)，那(na)麼(me)我(wo)們(men)應(ying)該(gai)如(ru)何(he)控(kong)製(zhi)光(guang)照(zhao)強(qiang)度(du)呢(ne)？光照培養箱中的光照強度計是什麼工作原理呢？但是市場上常用的照度計，對一般用戶而言費用過高。本文設計的簡易照度計，僅利用照度傳感器BH1710、單片機和LCD1602等少量元器件，花費不過十幾元，但讀數迅速、方便，製作簡單，原理易懂。
照度的測量方法測量照度的方法比較簡單，是以整個探測器所接收的光通量除以探測器的麵積，即為所測的照度，即：
E=dφ/dA，該量的符號是E，單位為勒克斯(lx)。
照(zhao)度(du)和(he)人(ren)眼(yan)的(de)光(guang)頻(pin)譜(pu)效(xiao)率(lv)有(you)關(guan)，因(yin)此(ci)，根(gen)據(ju)探(tan)測(ce)到(dao)人(ren)眼(yan)的(de)光(guang)線(xian)的(de)光(guang)譜(pu)靈(ling)敏(min)度(du)與(yu)光(guang)譜(pu)線(xian)的(de)效(xiao)率(lv)要(yao)相(xiang)對(dui)應(ying)。而(er)光(guang)接(jie)收(shou)器(qi)相(xiang)對(dui)人(ren)眼(yan)的(de)光(guang)頻(pin)譜(pu)效(xiao)率(lv)取(qu)決(jue)於(yu)人(ren)眼(yan)的(de)光(guang)譜(pu)敏(min)感(gan)性(xing)，所(suo)以(yi)使(shi)用(yong)光(guang)來(lai)匹(pi)配(pei)探(tan)頭(tou)。此(ci)外(wai)，對(dui)探(tan)測(ce)光(guang)的(de)光(guang)響(xiang)應(ying)，與(yu)餘(yu)弦(xian)規(gui)則(ze)相(xiang)一(yi)致(zhi)，因(yin)此(ci)，光(guang)探(tan)測(ce)器(qi)也(ye)需(xu)要(yao)餘(yu)弦(xian)校(xiao)正(zheng)。餘(yu)弦(xian)校(xiao)正(zheng)由(you)光(guang)電(dian)傳(chuan)感(gan)器(qi)、電(dian)子(zi)放(fang)大(da)和(he)讀(du)數(shu)係(xi)統(tong)組(zu)成(cheng)。由(you)於(yu)硒(xi)材(cai)料(liao)的(de)靈(ling)敏(min)度(du)比(bi)其(qi)它(ta)探(tan)測(ce)器(qi)更(geng)接(jie)近(jin)人(ren)眼(yan)的(de)光(guang)譜(pu)光(guang)視(shi)效(xiao)率(lv)，在(zai)過(guo)去(qu)的(de)照(zhao)度(du)檢(jian)測(ce)中(zhong)，硒(xi)材(cai)料(liao)被(bei)廣(guang)泛(fan)使(shi)用(yong)。但(dan)由(you)於(yu)矽(gui)光(guang)電(dian)元(yuan)件(jian)的(de)靈(ling)敏(min)度(du)、穩wen定ding性xing和he壽shou命ming均jun比bi硒xi光guang電dian池chi高gao，近jin年nian來lai多duo采cai用yong矽gui光guang電dian池chi或huo矽gui光guang電dian二er極ji管guan代dai替ti硒xi光guang電dian池chi做zuo照zhao度du計ji的de探tan測ce器qi件jian。硬ying件jian電dian路lu設she計ji，係xi統tong總zong體ti設she計ji方fang案an本ben文wen以yiAT89S52單片機為控製核心，對從照度傳感器BH1710傳來的數字信號進行處理，然後通過液晶屏LCD1602顯示出來。照度傳感器BH1710照度傳感器BH1710FVC具有與人的視覺靈敏度相似的優良光譜靈敏度特性，可以測量從黑暗到日光直射環境的寬範圍的照度，測量照度範圍為1～65535勒克斯。BH1710為16位串行數字輸出型環境光傳感器，采用I2C總線接口，可以便捷的與單片機係統進行通信。另外，BH1710內置有待機功能，待機電流隻有0.01uA，有助於便攜式電子機器朝著低電流化方向更進一步發展。光電二極管PD具有近似人眼視覺靈敏度的感光範圍，將檢測到的光強信號轉換為電流信號，然後經集成放大器AMP放大並轉換為電壓信號，再經16位模數轉換模塊ADC轉換成數字量後由I2C接口傳送出去。
BH1710可以應用於大範圍的照度檢測，功耗低，應用電路簡單易於製作。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、顯示內容豐富、超薄輕巧的諸多優點，在袖珍式儀表和低功耗應用係統中得到越來越廣泛的應用。與LED數碼管相比，采用LCD液晶顯示器有以下三個優點：①當環境光線強度高時LED數碼管發光字體不明顯；②減少LED數碼管發光對測量的影響；③用低功耗液晶顯示屏幕有效節約能源。液晶顯示器具有低工作電壓(3～6V)，功gong耗hao小xiao，體ti積ji小xiao，重zhong量liang輕qing的de特te點dian，是shi其qi它ta許xu多duo顯xian示shi器qi件jian無wu法fa比bi擬ni的de。它ta被bei廣guang泛fan應ying用yong在zai各ge種zhong電dian子zi設she備bei，電dian氣qi設she備bei等deng多duo種zhong低di功gong耗hao產chan品pin的de設she計ji中zhong。
本係統選用LM1602液晶顯示模塊。LCD1602是2×16個字符型的液晶顯示模塊。他主要由液晶驅動器、顯示控製器、LCD顯示器部分和背光燈等幾部分構成。LCD顯示係統的核心為HD44780控製器，他本身具有時鍾信號功能，並有著完善的指令係統集，而且他是應用最新的低功耗製造技術製造出來的點陣LCD控製器。液晶的每個顯示位為一個5×7的點陣組成，可以顯示數字、字母和一些字符等。LCD1602液晶顯示模塊和單片機的連接十分方便。我們可以采用直接控製或者間接控製兩種方式。直接訪問方式就是把液晶器件作為I/O設備連接在單片機的總線上，而液晶控製線則接在單片機的地址總線上，讀取或寫入過程則由單片機讀寫操作信號來控製；間(jian)接(jie)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)就(jiu)是(shi)把(ba)液(ye)晶(jing)的(de)數(shu)據(ju)線(xian)和(he)控(kong)製(zhi)線(xian)直(zhi)接(jie)並(bing)聯(lian)接(jie)在(zai)單(dan)片(pian)機(ji)的(de)接(jie)口(kou)上(shang)，用(yong)單(dan)片(pian)機(ji)編(bian)程(cheng)來(lai)實(shi)現(xian)對(dui)液(ye)晶(jing)的(de)操(cao)作(zuo)，從(cong)而(er)達(da)到(dao)控(kong)製(zhi)液(ye)晶(jing)的(de)目(mu)的(de)。本(ben)文(wen)采(cai)用(yong)直(zhi)接(jie)訪(fang)問(wen)方(fang)式(shi)，LCD1602液晶顯示模塊和單片機接口。
程序設計照度計的單片機程序設計比較簡單。由於選用的照度傳感器BH1710為數字型傳感器，使用I2C總線來傳輸數據，程序設計隻需編寫I2C通信協議，讀取其輸出的數字信號即可。數據讀取BH1710為數字型照度傳感器，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，測量時間120ms；中精度分辨率為4lx，測量時間16ms；低分辨率為32lx，測量時間2.9ms。通過程序向BH1710發送不同控製指令，即可實現不同模式的選擇。I2Czongxianlianjiefangshiweixianfasongqishixinhaodengdaiyingda，yingdachenggonghoufasongdizhixinhaodengdaiyingda，yingdachenggonghoukaishiduicongqijianjinxingcaozuo。dangchushihuachenggonghoujikejinxingshujudeduqu，duquhoudeshujucunrudanpianjicunchuqi。shujuxianshichengxuLCD1602液晶模塊內部的字符發生存儲器(CGROM)已經存儲了160個不同的點陣字符圖形。這些字符有：阿拉伯數字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B(41H)，顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。
本文是在對BH1710照度傳感器的研究基礎上，設計出一種高精度照度計。該照度計以AT89S52單片機作為控製核心，應用了最新數字型照度傳感器BH1710，電路結構簡單，可以根據需要設置不同的測量精度以及工作模式，測量精度最高可達1lx，可以嵌入到各種需要照度測量的電子儀器中。該照度計還具有低功耗模式，可以嵌入到便攜式電子儀器中。
照度的測量方法測量照度的方法比較簡單，是以整個探測器所接收的光通量除以探測器的麵積，即為所測的照度，即：
E=dφ/dA，該量的符號是E，單位為勒克斯(lx)。
照(zhao)度(du)和(he)人(ren)眼(yan)的(de)光(guang)頻(pin)譜(pu)效(xiao)率(lv)有(you)關(guan)，因(yin)此(ci)，根(gen)據(ju)探(tan)測(ce)到(dao)人(ren)眼(yan)的(de)光(guang)線(xian)的(de)光(guang)譜(pu)靈(ling)敏(min)度(du)與(yu)光(guang)譜(pu)線(xian)的(de)效(xiao)率(lv)要(yao)相(xiang)對(dui)應(ying)。而(er)光(guang)接(jie)收(shou)器(qi)相(xiang)對(dui)人(ren)眼(yan)的(de)光(guang)頻(pin)譜(pu)效(xiao)率(lv)取(qu)決(jue)於(yu)人(ren)眼(yan)的(de)光(guang)譜(pu)敏(min)感(gan)性(xing)，所(suo)以(yi)使(shi)用(yong)光(guang)來(lai)匹(pi)配(pei)探(tan)頭(tou)。此(ci)外(wai)，對(dui)探(tan)測(ce)光(guang)的(de)光(guang)響(xiang)應(ying)，與(yu)餘(yu)弦(xian)規(gui)則(ze)相(xiang)一(yi)致(zhi)，因(yin)此(ci)，光(guang)探(tan)測(ce)器(qi)也(ye)需(xu)要(yao)餘(yu)弦(xian)校(xiao)正(zheng)。餘(yu)弦(xian)校(xiao)正(zheng)由(you)光(guang)電(dian)傳(chuan)感(gan)器(qi)、電(dian)子(zi)放(fang)大(da)和(he)讀(du)數(shu)係(xi)統(tong)組(zu)成(cheng)。由(you)於(yu)硒(xi)材(cai)料(liao)的(de)靈(ling)敏(min)度(du)比(bi)其(qi)它(ta)探(tan)測(ce)器(qi)更(geng)接(jie)近(jin)人(ren)眼(yan)的(de)光(guang)譜(pu)光(guang)視(shi)效(xiao)率(lv)，在(zai)過(guo)去(qu)的(de)照(zhao)度(du)檢(jian)測(ce)中(zhong)，硒(xi)材(cai)料(liao)被(bei)廣(guang)泛(fan)使(shi)用(yong)。但(dan)由(you)於(yu)矽(gui)光(guang)電(dian)元(yuan)件(jian)的(de)靈(ling)敏(min)度(du)、穩wen定ding性xing和he壽shou命ming均jun比bi硒xi光guang電dian池chi高gao，近jin年nian來lai多duo采cai用yong矽gui光guang電dian池chi或huo矽gui光guang電dian二er極ji管guan代dai替ti硒xi光guang電dian池chi做zuo照zhao度du計ji的de探tan測ce器qi件jian。硬ying件jian電dian路lu設she計ji，係xi統tong總zong體ti設she計ji方fang案an本ben文wen以yiAT89S52單片機為控製核心，對從照度傳感器BH1710傳來的數字信號進行處理，然後通過液晶屏LCD1602顯示出來。照度傳感器BH1710照度傳感器BH1710FVC具有與人的視覺靈敏度相似的優良光譜靈敏度特性，可以測量從黑暗到日光直射環境的寬範圍的照度，測量照度範圍為1～65535勒克斯。BH1710為16位串行數字輸出型環境光傳感器，采用I2C總線接口，可以便捷的與單片機係統進行通信。另外，BH1710內置有待機功能，待機電流隻有0.01uA，有助於便攜式電子機器朝著低電流化方向更進一步發展。光電二極管PD具有近似人眼視覺靈敏度的感光範圍，將檢測到的光強信號轉換為電流信號，然後經集成放大器AMP放大並轉換為電壓信號，再經16位模數轉換模塊ADC轉換成數字量後由I2C接口傳送出去。
BH1710可以應用於大範圍的照度檢測，功耗低，應用電路簡單易於製作。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、顯示內容豐富、超薄輕巧的諸多優點，在袖珍式儀表和低功耗應用係統中得到越來越廣泛的應用。與LED數碼管相比，采用LCD液晶顯示器有以下三個優點：①當環境光線強度高時LED數碼管發光字體不明顯；②減少LED數碼管發光對測量的影響；③用低功耗液晶顯示屏幕有效節約能源。液晶顯示器具有低工作電壓(3～6V)，功gong耗hao小xiao，體ti積ji小xiao，重zhong量liang輕qing的de特te點dian，是shi其qi它ta許xu多duo顯xian示shi器qi件jian無wu法fa比bi擬ni的de。它ta被bei廣guang泛fan應ying用yong在zai各ge種zhong電dian子zi設she備bei，電dian氣qi設she備bei等deng多duo種zhong低di功gong耗hao產chan品pin的de設she計ji中zhong。
本係統選用LM1602液晶顯示模塊。LCD1602是2×16個字符型的液晶顯示模塊。他主要由液晶驅動器、顯示控製器、LCD顯示器部分和背光燈等幾部分構成。LCD顯示係統的核心為HD44780控製器，他本身具有時鍾信號功能，並有著完善的指令係統集，而且他是應用最新的低功耗製造技術製造出來的點陣LCD控製器。液晶的每個顯示位為一個5×7的點陣組成，可以顯示數字、字母和一些字符等。LCD1602液晶顯示模塊和單片機的連接十分方便。我們可以采用直接控製或者間接控製兩種方式。直接訪問方式就是把液晶器件作為I/O設備連接在單片機的總線上，而液晶控製線則接在單片機的地址總線上，讀取或寫入過程則由單片機讀寫操作信號來控製；間(jian)接(jie)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)就(jiu)是(shi)把(ba)液(ye)晶(jing)的(de)數(shu)據(ju)線(xian)和(he)控(kong)製(zhi)線(xian)直(zhi)接(jie)並(bing)聯(lian)接(jie)在(zai)單(dan)片(pian)機(ji)的(de)接(jie)口(kou)上(shang)，用(yong)單(dan)片(pian)機(ji)編(bian)程(cheng)來(lai)實(shi)現(xian)對(dui)液(ye)晶(jing)的(de)操(cao)作(zuo)，從(cong)而(er)達(da)到(dao)控(kong)製(zhi)液(ye)晶(jing)的(de)目(mu)的(de)。本(ben)文(wen)采(cai)用(yong)直(zhi)接(jie)訪(fang)問(wen)方(fang)式(shi)，LCD1602液晶顯示模塊和單片機接口。
程序設計照度計的單片機程序設計比較簡單。由於選用的照度傳感器BH1710為數字型傳感器，使用I2C總線來傳輸數據，程序設計隻需編寫I2C通信協議，讀取其輸出的數字信號即可。數據讀取BH1710為數字型照度傳感器，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，測量時間120ms；中精度分辨率為4lx，測量時間16ms；低分辨率為32lx，測量時間2.9ms。通過程序向BH1710發送不同控製指令，即可實現不同模式的選擇。I2Czongxianlianjiefangshiweixianfasongqishixinhaodengdaiyingda，yingdachenggonghoufasongdizhixinhaodengdaiyingda，yingdachenggonghoukaishiduicongqijianjinxingcaozuo。dangchushihuachenggonghoujikejinxingshujudeduqu，duquhoudeshujucunrudanpianjicunchuqi。shujuxianshichengxuLCD1602液晶模塊內部的字符發生存儲器(CGROM)已經存儲了160個不同的點陣字符圖形。這些字符有：阿拉伯數字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B(41H)，顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。
本文是在對BH1710照度傳感器的研究基礎上，設計出一種高精度照度計。該照度計以AT89S52單片機作為控製核心，應用了最新數字型照度傳感器BH1710，電路結構簡單，可以根據需要設置不同的測量精度以及工作模式，測量精度最高可達1lx，可以嵌入到各種需要照度測量的電子儀器中。該照度計還具有低功耗模式，可以嵌入到便攜式電子儀器中。
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