光照度测试仪原理与设计详解

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光照度测试仪原理与设计详解

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CSDN

https://m.blog.csdn.net/weixin_67632468/article/details/138490545

光照度测试仪是一种能够将光信号转换为电信号，并通过单片机计算出光照度的设备。本文将详细介绍光照度测试仪的工作原理、系统结构、硬件设计、软件设计、数据处理以及实验数据记录。

光照度测试仪

基本原理

在光线的作用下，电子吸收光子的能量从键合状态过渡到自由状态，引起电导率的变化，这种现象称为光电导效应。光电导效应是半导体材料的一种体效应。光照愈强，器件自身的电阻愈小。基于这种效应的光电器件称光敏电阻。光敏电阻无极性，其工作特性与入射光光强、波长和外加电压有关。

系统结构

光照度测试仪系统采用光敏电阻感测环境光照度，在不同的光照强度环境下，光敏电阻的阻值会发生改变，从而将光信号转换为电信号。然后进行A-D转换得到对应的数字电压值，再由单片机根据电压与光照强度的换算关系计算出光照度，送数码管显示。

硬件设计

光照度测试仪选用AT89C51单片机，价格便宜，型号丰富。光敏电阻选用硫化镉光敏电阻，具有灵敏度高，光谱响应范围宽，体积小、重量轻、机械强度高，耐冲击、耐振动、寿命长等优点。但其光照特性是非线性的，需要进行调理。AD转换器选用AD083，其时序如图4-61(a)所示。具有体积小，功耗低等优点。显示电路选用共明极数码管，简化了软件设计。其系统电路如图所示。

软件设计

系统启动后，首先进行初始化。然后启动ADC0831进行A-D转换，单片机读取转换数据，对数据进行判断，根据数据范围，进行指定的调理。最后送数码管显示。

数据处理

由于光敏电阻的光照一电阻特性是非线性的，所以光敏电阻分压以后的输出电压也是非线性的。需要对其分段调理。首先将该曲线分成若干小线段，将这些小线段近似看成线性曲线，计算出补偿规律。由于每一个小线段的变化规律都不同，所以，每个小线段的补偿方法也不同。

例如：

date=Read_ADC0831()*100;//保留两位小数点后有效数字
date=date/51;           //AD转换得到的电压数值与本来电压保持一致
                     //当ADC转换5V电压时，对应255即date=255*100/51=500
    if(date>461 && date<=494)
    {
     date=date*(-3.1818);
     date=date+1576.35;
     date=date/10;
    }
    else if(date>438 && date<=461)
    {
     date=date*(-3.6364);
     date=date+1782.74;
     date=date/10;
    }