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高精度照度计的设计

作　者: 侯文辉
导　师: 李明伟
学　校: 大连理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 硅光电池量程转换 A/D转换单片机
分类号: TH74
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 804次
引　用: 8次
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内容摘要

在建筑、影视和医疗卫生等行业中，照度的测量是很常见的，而且要求测量的精度很高。本文设计了一种具有自动量程转换功能、测量精度高、成本低的数显照度计。本系统是以单片机AT89C51为核心部件的测量系统，它包括信号采集、信号放大、A／D转换、液晶显示、键盘和RS-232通信接口部分。首先，本文选用了光谱响应范围宽，响应时间短，光电转换效率高、PN结面积大的的硅光电池作为照度计的光电转换的探头，并把它做成一个单独的光探头，并加了V(λ)滤光器和余弦修正器，与机身分离，更加适应余弦定律，提高了测量的精度和范围。其次，本文重点做了以下工作：(1)光电转换前置放大电路的设计：为了提高照度计的测量准确度，确保光电间的线性关系，本设计把运算放大器接成电流电压变换器的形式，一方面可得到零负载效应；另一方面，短路电流通过反馈电阻变成电压量，实际效果相当于流过一个负载电阻形成的压降。(2)自动量程转换电路的设计：由于可见光照射硅光电池时产生的光电流范围太大，为了保证A／D转换的精度。本设计选用通道电阻很小的MAXIM公司生产的4602模拟开关来实现量程之间的切换，量程切换由单片机控制。(3)显示电路的设计：本系统选用TC1602A液晶显示模块，液显不影响照度值的测量而LED显示时本身要发光对照度的测量有很大的影响。(4)标度变换方式的选择：本系统采用了软件控制，克服了硬件控制费用高、占用线路板面积大，被标度变换的信号不很准确，阻值受温度、湿度等环境的变化而漂移的缺点。最后，提出了影响照度计性能的抗干扰的具体方法和措施。通过实验测试，本系统设计合理，其测量范围、分辨率、光谱响应误差基本上达到了设计的要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-12
  1.1 本课题的研究背景和意义  9
  1.2 照度计的现状和发展方向  9-10
  1.3 课题研究内容及特点  10-12
2 照度计的工作原理  12-21
  2.1 光度学中的基本量  12-13
  2.2 照度计的工作原理  13-18
    2.2.1 照度测量的方法  13-14
    2.2.2 照度计的余弦校正  14-16
    2.2.3 照度计的定标校正  16-18
  2.3 照度计的基本特性及误差的定量表述  18-21
    2.3.1 光谱响应度  18-19
    2.3.2 温度特性  19
    2.3.3 照度计的响应值对余弦定则的偏离  19-21
3 高精度照度计硬件系统设计  21-48
  3.1 系统硬件总体设计方案  21
  3.2 光电传感器的选型  21-26
    3.2.1 硅光电池的工作原理  21-22
    3.2.2 硅光电池的基本特性与参数  22-26
  3.3 光电转换与信号前置放大模块  26-29
    3.3.1 电路的设计  26-29
    3.3.2 运放选型  29
  3.4 自动量程转换电路  29-32
    3.4.1 设计原理  29-30
    3.4.2 工作原理及主要元器件简介  30-32
  3.5 A/D转换电路  32-36
    3.5.1 MAX1132芯片介绍  32-34
    3.5.2 MAX1132与单片机的接口  34-36
  3.6 AT89C51单片机介绍  36-42
    3.6.1 AT89C51芯片  36-40
    3.6.2 AT89C51串口工作过程  40-42
  3.7 液晶显示模块  42-44
    3.7.1 液晶模块选型  42-43
    3.7.2 液晶模块接口电路  43-44
  3.8 键盘接口电路  44-45
    3.8.1 键盘工作原理  44
    3.8.2 独立联接式非编码键盘  44-45
  3.9 串行通信接口的设计  45-48
    3.9.1 RS-232通信接口  45-46
    3.9.2 串行通信接口电路设计  46-48
4 高精度照度计系统软件设计  48-56
  4.1 单片机程序编制的方法介绍  48-49
  4.2 软件编程的实现  49-56
    4.2.1 量程转化软件的实现方法  49-50
    4.2.2 A/D转换软件的实现方法  50-52
    4.2.3 标度变换软件的实现方法  52-54
    4.2.4 键盘中断子程序的设计  54-55
    4.2.5 串行口中断子程序的设计  55-56
5 高精度照度计的抗干扰设计  56-59
  5.1 干扰的分类及抗干扰的几大原则  56
  5.2 系统硬件抗干扰设计  56-57
  5.3 系统软件抗干扰设计  57-59
结论  59-60
参考文献  60-62
附录A 照度计的总电路原理图和PCB板  62-64
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  64-65
致谢  65-66

高精度照度计的设计

内容摘要

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