测量光照强度的照度计的工作原理
来源： http://www.grainyq.com/ 类别：实用技术 更新时间：2013-03-08 阅读次
【本资讯由中国粮油仪器网提供】 照度与人们的生活有着密切的关系。充足的光照，可防止人们免遭意外事故的发生。反之，过暗的光线可引起人体疲劳的程度远远超过眼睛的本身。并且在进行农作物种植的过程中，也需要进行光照的控制，有效的光照，可以很好的促进植物生长，那么我们应该如何控制光照强度呢？光照培养箱中的光照强度计是什么工作原理呢？但是市场上常用的照度计，对一般用户而言费用过高。本文设计的简易照度计，仅利用照度传感器BH1710、单片机和LCD1602等少量元器件，花费不过十几元，但读数迅速、方便，制作简单，原理易懂。
照度的测量方法测量照度的方法比较简单，是以整个探测器所接收的光通量除以探测器的面积，即为所测的照度，即：
E=dφ/dA，该量的符号是E，单位为勒克斯(lx)。
照度和人眼的光频谱效率有关，因此，根据探测到人眼的光线的光谱灵敏度与光谱线的效率要相对应。而光接收器相对人眼的光频谱效率取决于人眼的光谱敏感性，所以使用光来匹配探头。此外，对探测光的光响应，与余弦规则相一致，因此，光探测器也需要余弦校正。余弦校正由光电传感器、电子放大和读数系统组成。由于硒材料的灵敏度比其它探测器更接近人眼的光谱光视效率，在过去的照度检测中，硒材料被广泛使用。但由于硅光电元件的灵敏度、稳定性和寿命均比硒光电池高，近年来多采用硅光电池或硅光电二极管代替硒光电池做照度计的探测器件。硬件电路设计，系统总体设计方案本文以AT89S52单片机为控制核心，对从照度传感器BH1710传来的数字信号进行处理，然后通过液晶屏LCD1602显示出来。照度传感器BH1710照度传感器BH1710FVC具有与人的视觉灵敏度相似的优良光谱灵敏度特性，可以测量从黑暗到日光直射环境的宽范围的照度，测量照度范围为1～65535勒克斯。BH1710为16位串行数字输出型环境光传感器，采用I2C总线接口，可以便捷的与单片机系统进行通信。另外，BH1710内置有待机功能，待机电流只有0.01uA，有助于便携式电子机器朝着低电流化方向更进一步发展。光电二极管PD具有近似人眼视觉灵敏度的感光范围，将检测到的光强信号转换为电流信号，然后经集成放大器AMP放大并转换为电压信号，再经16位模数转换模块ADC转换成数字量后由I2C接口传送出去。
BH1710可以应用于大范围的照度检测，功耗低，应用电路简单易于制作。液晶显示模块选型采用LCD液晶显示器作为显示单元，液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。与LED数码管相比，采用LCD液晶显示器有以下三个优点：①当环境光线强度高时LED数码管发光字体不明显；②减少LED数码管发光对测量的影响；③用低功耗液晶显示屏幕有效节约能源。液晶显示器具有低工作电压(3～6V)，功耗小，体积小，重量轻的特点，是其它许多显示器件无法比拟的。它被广泛应用在各种电子设备，电气设备等多种低功耗产品的设计中。
本系统选用LM1602液晶显示模块。LCD1602是2×16个字符型的液晶显示模块。他主要由液晶驱动器、显示控制器、LCD显示器部分和背光灯等几部分构成。LCD显示系统的核心为HD44780控制器，他本身具有时钟信号功能，并有着完善的指令系统集，而且他是应用最新的低功耗制造技术制造出来的点阵LCD控制器。液晶的每个显示位为一个5×7的点阵组成，可以显示数字、字母和一些字符等。LCD1602液晶显示模块和单片机的连接十分方便。我们可以采用直接控制或者间接控制两种方式。直接访问方式就是把液晶器件作为I/O设备连接在单片机的总线上，而液晶控制线则接在单片机的地址总线上，读取或写入过程则由单片机读写操作信号来控制；间接控制方式就是把液晶的数据线和控制线直接并联接在单片机的接口上，用单片机编程来实现对液晶的操作，从而达到控制液晶的目的。本文采用直接访问方式，LCD1602液晶显示模块和单片机接口。
程序设计照度计的单片机程序设计比较简单。由于选用的照度传感器BH1710为数字型传感器，使用I2C总线来传输数据，程序设计只需编写I2C通信协议，读取其输出的数字信号即可。数据读取BH1710为数字型照度传感器，器件本身有三种精度模式：高精度、中精度和低精度。其中高精度分辨率为1lx，测量时间120ms；中精度分辨率为4lx，测量时间16ms；低分辨率为32lx，测量时间2.9ms。通过程序向BH1710发送不同控制指令，即可实现不同模式的选择。I2C总线连接方式为先发送起始信号等待应答，应答成功后发送地址信号等待应答，应答成功后开始对从器件进行操作。当初始化成功后即可进行数据的读取，读取后的数据存入单片机存储器。数据显示程序LCD1602液晶模块内部的字符发生存储器(CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形。这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B(41H)，显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。
本文是在对BH1710照度传感器的研究基础上，设计出一种高精度照度计。该照度计以AT89S52单片机作为控制核心，应用了最新数字型照度传感器BH1710，电路结构简单，可以根据需要设置不同的测量精度以及工作模式，测量精度最高可达1lx，可以嵌入到各种需要照度测量的电子仪器中。该照度计还具有低功耗模式，可以嵌入到便携式电子仪器中。
照度的测量方法测量照度的方法比较简单，是以整个探测器所接收的光通量除以探测器的面积，即为所测的照度，即：
E=dφ/dA，该量的符号是E，单位为勒克斯(lx)。
照度和人眼的光频谱效率有关，因此，根据探测到人眼的光线的光谱灵敏度与光谱线的效率要相对应。而光接收器相对人眼的光频谱效率取决于人眼的光谱敏感性，所以使用光来匹配探头。此外，对探测光的光响应，与余弦规则相一致，因此，光探测器也需要余弦校正。余弦校正由光电传感器、电子放大和读数系统组成。由于硒材料的灵敏度比其它探测器更接近人眼的光谱光视效率，在过去的照度检测中，硒材料被广泛使用。但由于硅光电元件的灵敏度、稳定性和寿命均比硒光电池高，近年来多采用硅光电池或硅光电二极管代替硒光电池做照度计的探测器件。硬件电路设计，系统总体设计方案本文以AT89S52单片机为控制核心，对从照度传感器BH1710传来的数字信号进行处理，然后通过液晶屏LCD1602显示出来。照度传感器BH1710照度传感器BH1710FVC具有与人的视觉灵敏度相似的优良光谱灵敏度特性，可以测量从黑暗到日光直射环境的宽范围的照度，测量照度范围为1～65535勒克斯。BH1710为16位串行数字输出型环境光传感器，采用I2C总线接口，可以便捷的与单片机系统进行通信。另外，BH1710内置有待机功能，待机电流只有0.01uA，有助于便携式电子机器朝着低电流化方向更进一步发展。光电二极管PD具有近似人眼视觉灵敏度的感光范围，将检测到的光强信号转换为电流信号，然后经集成放大器AMP放大并转换为电压信号，再经16位模数转换模块ADC转换成数字量后由I2C接口传送出去。
BH1710可以应用于大范围的照度检测，功耗低，应用电路简单易于制作。液晶显示模块选型采用LCD液晶显示器作为显示单元，液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。与LED数码管相比，采用LCD液晶显示器有以下三个优点：①当环境光线强度高时LED数码管发光字体不明显；②减少LED数码管发光对测量的影响；③用低功耗液晶显示屏幕有效节约能源。液晶显示器具有低工作电压(3～6V)，功耗小，体积小，重量轻的特点，是其它许多显示器件无法比拟的。它被广泛应用在各种电子设备，电气设备等多种低功耗产品的设计中。
本系统选用LM1602液晶显示模块。LCD1602是2×16个字符型的液晶显示模块。他主要由液晶驱动器、显示控制器、LCD显示器部分和背光灯等几部分构成。LCD显示系统的核心为HD44780控制器，他本身具有时钟信号功能，并有着完善的指令系统集，而且他是应用最新的低功耗制造技术制造出来的点阵LCD控制器。液晶的每个显示位为一个5×7的点阵组成，可以显示数字、字母和一些字符等。LCD1602液晶显示模块和单片机的连接十分方便。我们可以采用直接控制或者间接控制两种方式。直接访问方式就是把液晶器件作为I/O设备连接在单片机的总线上，而液晶控制线则接在单片机的地址总线上，读取或写入过程则由单片机读写操作信号来控制；间接控制方式就是把液晶的数据线和控制线直接并联接在单片机的接口上，用单片机编程来实现对液晶的操作，从而达到控制液晶的目的。本文采用直接访问方式，LCD1602液晶显示模块和单片机接口。
程序设计照度计的单片机程序设计比较简单。由于选用的照度传感器BH1710为数字型传感器，使用I2C总线来传输数据，程序设计只需编写I2C通信协议，读取其输出的数字信号即可。数据读取BH1710为数字型照度传感器，器件本身有三种精度模式：高精度、中精度和低精度。其中高精度分辨率为1lx，测量时间120ms；中精度分辨率为4lx，测量时间16ms；低分辨率为32lx，测量时间2.9ms。通过程序向BH1710发送不同控制指令，即可实现不同模式的选择。I2C总线连接方式为先发送起始信号等待应答，应答成功后发送地址信号等待应答，应答成功后开始对从器件进行操作。当初始化成功后即可进行数据的读取，读取后的数据存入单片机存储器。数据显示程序LCD1602液晶模块内部的字符发生存储器(CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形。这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B(41H)，显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。
本文是在对BH1710照度传感器的研究基础上，设计出一种高精度照度计。该照度计以AT89S52单片机作为控制核心，应用了最新数字型照度传感器BH1710，电路结构简单，可以根据需要设置不同的测量精度以及工作模式，测量精度最高可达1lx，可以嵌入到各种需要照度测量的电子仪器中。该照度计还具有低功耗模式，可以嵌入到便携式电子仪器中。
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