1、武漢理工大學光電技術課程設計說明書基于Si光電池的照度計調試與設計1.技術指標 利用硅光電池對光的靈敏性，設計出一個照度計。要求系統測量范圍為0-200lx，測量精度達到1lx，設計光電池輸出信號處理電路，要求可以控制處理后的電壓幅度,設計照度計硬件電路系統，要求系統各個模塊能夠正常工作,設計照度計軟件控制系統，要求系統整體工作穩定,給設計系統定標，要求測量結果誤差在1%以內。 2.設計方案及其比較 根據設計原理，硅光電池受光的影響產生電流，經過并聯采樣電阻產生電壓信號。此信號進入放大器的同相放大端進行放大。經過放大后產生伏級的電壓輸出信號，即電平輸出信號。該信號經過數模轉換電路轉換為數字電壓

2、信號，然后經過單片機處理轉變為數字信號。最后通過LCD實時顯示出來。圖1 照度計系統框圖對于測量系統，核心控制芯片只能處理數字信號，所以必須把處理法得到的模擬電壓信號經過模數轉換得到相應的數字電壓信號，以便系統的控制和處理。模數轉換電路設計的好壞直接影響了測量系統的精度，該模數轉換模塊采用的是國家半導體生產的ADC0809。其管腳裝封圖如下： 圖2 ADC0809管腳圖各腳功能如下：D7-D0：8位數字量輸出引腳。IN0-IN7：8位模擬量輸入引腳。VCC：+5V工作電壓。GND：地。REF（+）：參考電壓正端。REF（-）：參考電壓負端。START：A/D轉換啟動信號輸入端。ALE：地址鎖存

3、允許信號輸入 端。（以上兩種信號用于啟動A/D轉換）.EOC：轉換結束信號輸出引腳開始轉換時為低電平，當轉換結束時為高電平。OE：輸出允許控制端，用以打開三態數據輸出鎖存器。 根據光電轉換前置放大的三種電路，可以設計三種方案，它們分別是方案一：電阻轉換模式，方案二：三極管轉換模式，方案三：集成運放轉換模式。2.1 方案一 本方案的光電前置放大模塊采用電阻轉換模式 ，其電路圖如下：圖3 電阻轉換電路2.2 方案二 本方案的光電前置放大模塊采用三極管轉換模式，其電路圖如下：圖4 三極管轉換電路2.3 方案三 本方案的光電前置放大模塊采用三極管轉換模式，其電路圖如下：圖5 集成運放轉換電路2.4 方

4、案比較 三種方案各有優缺點，它們的不同之處在于光電信號處理模塊。純電阻電路適合在電流較大的情況下使用，三極管電路適合在電流變化范圍較小的情況下使用，集成運放芯片適用范圍廣，但成本會提高很多。要從系統信號的實際要求和成本運算等各個方面考慮來選擇適合I/V轉換電路。 3.實現方案 選擇方案二為實現方案。所要設計的照度計電路電流變化范圍小，所以方案二的三極管電路和方案三的集成運放芯片比較合適。二考慮到成本問題，應選用方案二為實現電路。圖6 電路仿真圖4.調試過程及結論4.1 電路連線根據設計仿真圖進行搭線，搞清楚實驗開發板各個模塊的內容以及接線柱的連接問題。圖7 實際電路圖連線完成后，用相關軟件將之

5、前寫好的程序導入到51芯片中，然后可以進行粗略的調試。首先觀察LCD顯示板有無示數顯示，然后用手機強光照射硅光電池，看看示數有何變化。4.2 調試過程中的數據記錄及處理 將硅光電池置于合適的光照強度范圍內，觀察LCD示數的顯示。記錄下數據并與標準照度計進行比較。表1 照度計原始數據記錄表標準照度計實驗照度計32lx36lx38lx40lx44lx45lx50lx51lx55lx58lx62lx64lx68lx68lx72lx71lx78lx77lx4.3 調試過程中遇到的問題1）LCD顯示屏第四個數字不顯示，不發光。經過檢查后發現，該數字對應的引腳接線松動，重新插緊后，數碼管顯示出數字。2）L

6、CD顯示的數字過大，數量級達到103，通過調試電阻，將數值降到適當范圍內。3）設計的照度計顯示的數值與標準照度計有較大范圍的誤差。對程序進行修改，從而降低了誤差。4.4 結論 此次調試過程中遇到了很多問題，通過各種排查將誤差降到最小，使自己設計的照度計與標準照度計盡量接近。但是最后的出的數據仍然出現了問題，當光照強度在90lx范圍內時，實驗照度計顯示的數值與標準照度計基本吻合。但當光照強度超過了90lx,實驗照度計便飽和了。5.心得體會 從最開始的初定題目，到最后程序的完成，歷經兩周的時間。在這期間，遇到了各種問題，各種困難，程序運行錯誤，無法實現功能的挫敗和絕望感，解決問題后的欣喜和滿足感，

7、各種感受記憶猶新。 之所以選擇基于硅光電池照度計這一課題，主要是因為覺得比較這個題目比較新穎。其原理也比較容易理解，硅光電池受光的影響產生電流，經過并聯采樣電阻產生電壓信號。此信號進入放大器的同相放大端進行放大。經過放大后產生伏級的電壓輸出信號，即電平輸出信號。該信號經過數模轉換電路轉換為數字電壓信號，然后經過單片機處理轉變為數字信號。最后通過LCD實時顯示出來。這次課程設計總體上對我來說并不那么簡單，首先是距離學習光電技術實在是過的時間太久了，很多知識都忘記的差不多了，并且期間穿插有必修課的考試。一邊準備考試，一邊準備課設確實讓課設在時間上打了折扣。考試結束后便全力投入到課設當中了，最終也做

8、出了成品。比起以往的實驗，這次課設可謂提高了一個新的層次，它包含了各個方面的技術，基本上調用了自己所有的知識儲備。設計到C+，單片機，模電數電以及光電技術等我們所學的所有專業課程。首先是要進行電路仿真，先用proteus做好電路圖，然后再用keil編寫程序將程序導入到51芯片中。過程并沒有那么順利，現實總比想象殘酷許多。一開始是LCD不顯示示數，然后再是示數沒有變化。通過很長一段時間的調試，才終于將仿真做好，并進行答辯。其次就是真槍實彈的實物操作了。按照電路圖將電路連接好后，再導入程序。發現電路并沒有想仿真圖一樣顯示，與標準照度計有著很大的出入。通過不斷的電路修改以及程序修改，照度計終于完成！

9、 由于時間問題和自身編程能力限制，最后做出的照度計并不令我十分滿意，當光照強度超過100lx時，我的照度計就飽和了。但這次課設確實讓我收獲了很多，所學的理論知識也及時得到鞏固。6.參考文獻1馬德駿等.C語言程序設計（第2版）.科學出版社, 2009.2吳友宇.模擬電子電路. 科學出版社, 2005.3伍時和.數字電子技術基礎. 清華大學出版社, 2005.4楊應平.光電技術. 機械工業出版社, 2005.7.附錄 導入芯片程序代碼： #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit lcden=P21; sb

10、it lcdrs=P20; sbit lcdrw=P22; sbit adwr=P37; / sbit adcs=P30; /oe =gnd sbit eoc=P23; uchar code table=the illustion is; uchar code table1=lx; uint num,a,d,qian,bai,shi,ge,num1; uint illusion,temp; void init(void); /初始化函數 void delay(uint a); /延時函數 void write_com(uchar com); /寫指令函數 void write_data(uch

11、ar date); /寫數據函數 void display(uint d); /顯示函數 void main() void init(); /初始化 EA=1; /開總中斷 ET0=1; /開定時器中斷 TR0=1; /啟動定時器 lcden=0; /*對1602液晶的模式進行設置*/ write_com(0x38); /設置16*2顯示，5*7點陣，8位數據接口 write_com(0x0c); /設置開顯示，不顯示光標 write_com(0x06); /寫一個字符后地址指針加一 write_com(0x01); n(0x07); /顯示清零，數據指針清零 while(1) /*開始不斷掃

12、描P1引腳是否有信號，并且對信號進行計算和顯示*/ if(P1!=0) delay(10); If(P1!=0)/防止誤判 adwr=0; delay(5); adwr=1; delay(5); adwr=0; while(1); for(a=10;a0;a-) temp=illusion*4; temp=1000; display(temp);/顯示照度 ; ; /*初始化程序*/ void init(void) TMOD=0x01; /定時器0工作于計數方式1 TH0=(65536-5000)/256; TL0=(65536-5000)%256; /定時時間為50ms num=0; / a

13、dcs=0; / sign=0; / temp=0; write_com(0x80); /*延時函數每次延時50ms*/ void delay(uint a) Uint b,c; for(b=a;b0;b-) for(c=110;c0;c-); /*定時器中斷函數*/ void to_time() interrupt 1 TH0=(65536-5000)/256; /中斷函數里重新賦初值 TL0=(65536-5000)%256; num+; If(num=20) /每20*50ms計算一次，并且將速度顯示 num=0; /標志位 Illusion=P1; /*寫指令函數*/ void wri

14、te_com(uchar com) lcdrs=0; / lcdrw=0; P0=com; / delay(5); lcden=1; delay(20); lcden=0; /*寫數據函數*/ void write_data(uchar date) Lcdrs=1; / delay(5); / Lcdrw=0; P0=date; / delay(5); lcden=1; delay(20); lcden=0; /*顯示函數*/ void display(uint illusion) qian=illusion/1000; bai=illusion%1000/100; shi=illusion%100/10; ge=illusion%10; /速度范圍為0至9999. for(num1=0;num120;num1+) /顯示前面一段字符 write_data(tablenum1); delay(20); ; write_com(0x80+0x41); /顯示光照強度 write_data(0x30+qian); wr