基于si光電池的照度計(jì)設(shè)計(jì)與調(diào)試方案-展示頁(yè)
2025-05-12 22:34本頁(yè)面
【正文】 LSB=P2^3。數(shù)碼管段選使用573鎖存器，因?yàn)閱纹瑱C(jī)引腳直接驅(qū)動(dòng)功率不太夠。該模塊通過(guò)芯片內(nèi)部的程序控制驅(qū)動(dòng)PCF8591芯片并采集模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)，對(duì)采集后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，控制數(shù)碼管顯示系統(tǒng)檢測(cè)得到的照度值。圖8 電壓放大及I/V轉(zhuǎn)換模塊圖9 LM358引腳圖 2 A/D轉(zhuǎn)換模塊 該模塊由PCF8591芯片實(shí)現(xiàn)，如圖10所示，該芯片引腳如圖11所示，可以實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，將直流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號(hào)。在不同光照下，硅光電池有不同的電信號(hào)輸出，且二者之間具有單值對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此，可以通過(guò)檢測(cè)其輸出電信號(hào)并根據(jù)其輸出特性關(guān)系，得到對(duì)應(yīng)的光照度信息，以達(dá)到光照度檢測(cè)的目的。最后，通過(guò)單片機(jī)處理后得到可以反應(yīng)光照度的數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。但是，所得的電壓值過(guò)小，不宜測(cè)量，故需要電壓放大模塊將其放大為直流電壓信號(hào)。當(dāng)光電池的光敏面收到光照射時(shí)，PN節(jié)耗盡區(qū)內(nèi)的光生電子與空穴在內(nèi)建電場(chǎng)力的作用下分別向N區(qū)和P區(qū)運(yùn)動(dòng)，在閉合的電路中產(chǎn)生光電流。由于此次課程設(shè)計(jì)電路板上已經(jīng)有運(yùn)放芯片，故采取方案三。圖3 三極管轉(zhuǎn)換模式 方案三 通過(guò)集成運(yùn)放芯片構(gòu)建放大電路得到電壓信號(hào)進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)換，如圖4，之后將電壓放大后的直流電壓信號(hào)通過(guò)由ADC0809構(gòu)成的A/D轉(zhuǎn)換模塊得到數(shù)字電壓信號(hào)，然后，通過(guò)單片機(jī)得到可以反應(yīng)光照度的數(shù)字信號(hào)，最后，通過(guò)LED數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。圖1 照度計(jì)系統(tǒng)框圖 方案一 通過(guò)電阻轉(zhuǎn)換的方式進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)換，如圖2，之后將電壓放大后的直流電壓信號(hào)通過(guò)由ADC0809構(gòu)成的A/D轉(zhuǎn)換模塊得到數(shù)字電壓信號(hào)，然后，通過(guò)單片機(jī)得到可以反應(yīng)光照度的數(shù)字信號(hào)，最后，通過(guò)LED數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。首先將光電流經(jīng)過(guò)I/V變換和電壓放大后形成直流電壓信號(hào)，其次通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將處理得到的直流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號(hào)，再通過(guò)單片機(jī)處理后得到可以反應(yīng)光照度的數(shù)字信號(hào)，最后通過(guò)LCD實(shí)時(shí)顯示出來(lái)?；赟i光電池的照度計(jì)設(shè)計(jì)與調(diào)試方案1 技術(shù)指標(biāo)（1） 要求系統(tǒng)測(cè)量范圍為0200lx，測(cè)量精度達(dá)到1lx；（2） 設(shè)計(jì)光電池輸出信號(hào)處理電路，要求可以控制處理后的電壓幅度；（3） 設(shè)計(jì)照度計(jì)硬件電路系統(tǒng)，要求系統(tǒng)各個(gè)模塊能夠正常工作；（4） 設(shè)計(jì)照度計(jì)軟件控制系統(tǒng)，要求系統(tǒng)整體工作穩(wěn)定；（5） 給設(shè)計(jì)系統(tǒng)定標(biāo)，要求測(cè)量結(jié)果誤差在1%以?xún)?nèi)。2 設(shè)計(jì)方案及其比較 當(dāng)光電池的光敏面收到光照射時(shí)，PN節(jié)耗盡區(qū)內(nèi)的光生電子與空穴在內(nèi)建電場(chǎng)力的作用下分別向N區(qū)和P區(qū)運(yùn)動(dòng)，在閉合的電路中產(chǎn)生光電流。照度計(jì)的系統(tǒng)框圖如圖1所示。圖2 電阻轉(zhuǎn)換模塊 方案二 通過(guò)三極管構(gòu)建放大電路得到電壓信號(hào)進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)換，如圖3，之后將電壓放大后的直流電壓信號(hào)通過(guò)由ADC0809構(gòu)成的A/D轉(zhuǎn)換模塊得到數(shù)字電壓信號(hào)，然后，通過(guò)單片機(jī)得到可以反應(yīng)光照度的數(shù)字信號(hào)，最后，通過(guò)LED數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。 圖4 集成運(yùn)放轉(zhuǎn)換模式 方案比較三種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，方案一適合在電流較大的情況下使用，方案二適合在電流變換范圍小的情況下使用，方案三適用范圍廣，但成本會(huì)提高很多。3 實(shí)現(xiàn)方案 硬件部分系統(tǒng)的硬件由I/V變換模塊、光電池前置放大模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)控制模塊以及數(shù)碼管顯示模塊組成，如圖5，Proteus仿真圖如圖6所示。因?yàn)楣怆娏餍枰D(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，才能通過(guò)數(shù)碼管顯示，所以需要進(jìn)行I/V變換。其次，數(shù)碼管顯示的是數(shù)字信號(hào)，所以，需要將放大得到的直流電壓信號(hào)進(jìn)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號(hào)。圖5 系統(tǒng)電路圖圖6 總電路圖1 光電池和電壓放大及I/V轉(zhuǎn)換模塊~，其特性曲線如圖7所示。圖7 硅光電池光譜響應(yīng)特性曲線 該模塊使用LM358運(yùn)算放大芯片實(shí)現(xiàn)，如圖8所示，該芯片引腳如圖9所示，可以實(shí)現(xiàn)I/V變換，即將光電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電壓信號(hào)，并且進(jìn)行放大。 PCF8591各引腳功能如下： AIN0、AINAINAIN3：模擬信號(hào)輸入端； A0、AA2：引腳地址端； VDD、VSS：電源端； SDA、SCL：I2C總線的數(shù)據(jù)線、時(shí)鐘線； OSC：外部時(shí)鐘輸入端，內(nèi)部時(shí)鐘輸出端； EXT：內(nèi)部、外部時(shí)鐘選擇線，使用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)EXT接地； AGND：模擬信號(hào)地； AOUT：D/A轉(zhuǎn)換輸出端； VREF：基準(zhǔn)電源端；圖10 A/D轉(zhuǎn)換模塊圖11 PCF8591引腳圖 3 單片機(jī)控制模塊 該模塊由89C51芯片實(shí)現(xiàn)，如圖12所示，89C51引腳圖如圖13所示。圖12 單片機(jī)系統(tǒng)圖13 89C51引腳圖 4 數(shù)碼管顯示系統(tǒng)及鎖存器 該模塊由芯片74HC573和數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)，如圖14，74HC573引腳圖如圖15所示。圖14 數(shù)碼管顯示系統(tǒng)及鎖存器圖15 74HC573 軟件部分程序部分代碼如下：1 /******************************************************************************** *
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