基于单片机的数字相对光强测量系统的设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

（1）目的及意义

光照度是表征光照强度的一个物理量。对光照度的测量在实际应用中具有重要的意义。在公共场所中，为了保障人们能在适宜的光照下生活，需要对各场所进行照度测量；在工厂的人工流水线生产过程中，由于连续的工作会引起视觉疲劳，生产线上的照明一般要求大于1000lx；在农业生产中，温室光强的实时监测有利于对农作物所需的最佳光照条件进行补偿，从而提高农作物的产量；在交通运输中，对道路和隧道进行充分的照明是安全行驶的基础保障；在医疗卫生领域，合适的光照既能保障医生的视觉健康，也能保证患者有一个良好的医疗环境；在军事领域，合理的光照是军事训练，军事防御的必然要求。由此可见，光照强度的准确测量在生产生活中具有至关重要的作用。因此，光照度计在各行各业具有了广泛的应用。目前，光照度计主要有两种——目视照度计和光电照度计，目视光照度计主要用于一般教学实验室中，市场上需要的主要是测量精度高，范围广，体积小，重量轻的光电照度计。此次设计的主要目的就是实现一种低成本，高精度，强适应性的可见光光照度计。

（2）光强测量的国内外现状

2. 研究的基本内容与方案

（1）研究的基本内容和目标

了解国内外各种光照度计的应用场景，市场价格，特性参数。从应用场景，技术方案和设备价格三个方面考虑，设计一种基于单片机的数字光强测量系统。数字光强测量系统可以大体分为三个部分——光电转换模块，数模转换模块，数字光强显示模块。因而，首先了解光电池的工作原理，特性参数以及不同类型的光电池的市场价格，利用光电池实现光电转换；然后了解不同数模转器的转换原理，优缺点以及数模转换芯片的精确度，分辨率等特性参数，利用数模转换芯片将模拟信号转换为电信号；最后了解AT89S51单片机和数码管的工作原理，利用单片机控制数码管实时显示测量的光强值。在对各器件功能和特性都掌握的基础上，先进行仿真系统的设计实现，调试成功后，再进行硬件系统的搭建，然后完成调试。最终实现一种精度高，适应性强，价格较低的数字光强照度计。

系统工作流程简述：

光电池与负载电阻串联，光电池感应光信号，产生光电流，通过负载，在负载两端产生电压；因为光电流较微弱，在微安级别，通过负载产生的电压大约在毫伏级别，通过放大电路，将输入的电压放大，使得放大后的电压接近参考电压范围；单片机控制模数转换器ADC0809的ALE端选通模拟通道，并在START输入以正脉冲启动转换，当检测EOC端为高电平时，控制ADC0809的OE端输入高电平，读出缓冲器中的数据；单片机程序根据读出的数据与光照度的函数关系，将读入的数据转换成相应的照度值，并通过控制数码管的段选信号和位选信号，显示照度值。

模块简介：

光电池传感器模块——电池的照度-电流特性的线性特别好，而且电流受到温度的影响较小，随着温度升高，虽然短路电流增大，但是比例很小。当负载较小时，光电池的照度-负载电流线性关系良好。光电池串联一个阻值较小的电阻，把负载电阻的电压作为放大电路的输入电压。

放大电路模块——采用仪表放大电路的设计，用两个光传感模块作为仪表方法电路的两个输入端电压，通过这种差分放大电路，消除热噪声以及温度噪声对测量精度的影响。

模数转换模块——模数转换器的种类有很多，对于逐次逼近型ADC，它的分辨率低于14位时，价格较低，而且功耗较比其他ADC低，因此，在保证精度的基础上，选择性价比比较高的ADC0809模块。

单片机信息处理系统——单片机采用低功耗，高性能CMOS8位单片机AT89S51。

显示模块——显示模块采用数码管显示，适用于温室环境，且价格较低。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，明确研究内容。了解研究所需基本要求，确定方案，完成开题报告和文献综述。

第4-7周：熟悉光强测量的光电器件、模式转换芯片及单片机编程，完成系统整体设计。

第8-12周：根据设计方案完成电路的设计和仿真，在此基础上进行系统的调试和测量验证。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 魏芳波，王安福，朱喜仲，胡成香.硅光电池与电荷耦合器件测量光强性能比较 [j].郧阳师范高等专科学校学报，2006，26(6):36-38.

[2] 叶齐根.光电池在光强测量中的最佳使用条件[j].南京大学报(自然科学版)，1993，16(2):38-41.

[3] 马文强.水下光强检测装置设计[d].黑龙江大学,2016.