高精度照度计设计.pdf-资料库

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大连理工大学硕士学位论文高精度照度计的设计姓名：侯文辉申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：李明伟20070518

大连理工大学硕士学位论文摘要在建筑、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一232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，并加了矿以)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，确保光电问的线性关系，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TCl602A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。关键词：硅光电池；量程转换；^／D转换；单片机

大连理工大学硕士学位论文DesignofHigh·accuracyLuminometerAbstractInthe=chitccture，health，filmandtelcvisionindustries，luminancemeasurementsareverycommon,allofthesedemandmeasurementofhighprecision．Consequently,thispaperdesignsalow-costdigitalluminometerwithhigh-precisionandautomaticconversionrange．ThesystemregardsAT89C51asthekeypartofthemeasurememsystem，whichincludessignalgather,signalamplification,A／Dconversion,nquidcrystaldisplay,keyboardandRS·232communicationinterfaceparts．Inthispaper,siliconphotocellischosenasluminometcrphotoelectricconversionprobewithawidespectralrangeresponse,shortresponsetime，photoelectricconversionwithhighefficiency,andlargeareaofPNjunctionofsiliconsolarcellsasluminometerphotoelectricconversionprobeand．itcreatesaseparateopticalprobe，andintroducedav(^)filterandcosineamendmenttoseparateiffTomthefuselage，itcanbebetteradaptedtothecosinelawandimprovethemeasurementprecisionandscope．Next,thefollowingpointsareemphasized：(1)Thedesignofphotoelectricconversionpreamplifiercircuit．Inordertoimprovethemeasurementaccuracyofluminometerandensurelinearrelationshipofthephotoelectric,operationalamplifiersisdesignedascurrent-voltageconverterform．ontheonehand,itisavailabletozero-loadeffect；ontheotherhand，short-circuitcurrentcanbetransformedintoavoltagevolumethroughthefeedbackresistor,itisequivalenttovoltagedropflowedthroughaloadresistorontheactualeffect．(2)Designofautomaticconversionrangecircuit．Asvisiblelightirradiationofsiliconsolarcellsatthephotocurrentistoowidc．inordertoguaranteetheaccuracyofA／Dconversion．The4602AnalogSwitches，whichproducedbyMAXIMcompanieswithsmallchannelresistance，ischosentorealizeswitchingbetweenthedifferentrange,switchingofrangeiscontrolledbymicrocomputer．0)Designofdisplaycircuit．TCl602ALCDmoduleisusedinthispaper,whileLCDilluminationdoesnotaffectthemeasurementandLEDc蛆Luminescentbyitselfthathadagreatinfluenceontheluminancemeasurements．(4)Choiceofscalingtransformation．Thesoftwareisdesigntocontrolandovercomesomeshortcomings．whichincludethehighcostofhardwarecontrolling,PCBareaoccupied，signalseal锄ansformedisnotveryaccurate,resistancevaluedriftingbecauseoftemperature，humidity,andotherenvironmentalchanges．Finally，thepaperpresentsanti-jammingspecificmethodsandmeasuresoftheimpactofilluminometerperformance．

高精度照度计的设计Thetestingandadjustingofthesystemindicatesthatthewholedesignisfeasibleandreliable,andthemeasurementrange,resolution,spectralresponseell'Orbasicallymeetthedesignrequirements．KeyWords：SiliconPhotocell；MeasuringRangeCenverslon；A／DConversiomlSCM

独创性说明作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。作者签名：j益量2肇日期：k2。生：坐

大连理工大学硕i-q：4立论文大连理工大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。作者签名：维起圭!塾导师签名：鹰n_|9I伟坦立年』,9竺Et

大连理：r人学硕十学位论文1绪论1．1本课题的研究背景和意义人类和一切生物都生活在光的世界里，没有光，生命活动就会终止。人类在利用自然光源和发明人造光源的实践中，无时无刻不在进行着光度的相对比较。在日常的生产和生活中，光度学有着非常广泛的应用，因此，许多厂家开发出各种各样的光度测量仪。光度测量仪有着广泛的应用。近二十年来，随着对材料和产品质量愈来愈严格的要求和控制，对材料的辐射度和光度特性的测量也日趋重要，它已成为光度测量的一个重要部分，如逆反光材料、发光材料等的光度测量，一些物体的反光特性，可以用亮度计进行非接触测量。随着我国经济的发展，人民生活水平的提高，各种照明设备质量的提高，都需要使用高精度的光度测量仪器进行测量。各种汽车，摩托车等前照灯，各种照明灯具的光通量的测量，热辐射体的红色比，荧光粉的相对亮度的测量都离不开光度测量仪器。还有，教室照明关系到孩子的视力，隧道和道路照明关系到行车安全，体育场的照明情况测量等等，可以说，光度测量与人们的生活密切联系着。由于照度测量的原理比较简单，所以照度测量是目前最流行的光度测量形式。照度计是光度测量仪的一种，目前主要广泛应用于科研、生产、军工、电子、轻纺、影视、建筑、交通以及医疗保健和卫生防疫等专业领域。随着人类居住环境和生活水平的提高，“绿色照明工程”越来越被人们所关注，现在照度计正在走入人们的生活。目前，照度计分为常用指针式和专用的数显式，常用的指针式需手动的进行量程换档，操作麻烦且测量精度不高，专用数显式的测量精度很高，但测量范围有限，功能太多且成本偏高。随着计算机技术、电子技术和通信技术的迅猛发展，尤其是集成芯片和电路的问世，功能日趋完善，成本不断降低，使得各种智能化仪器应用越来越多，以单片机为核心的照度计，具有智能化、操作方便、硬件电路简单的特点。所以设计低成本，应用范围广，测量精度高的照度计是非常必要的。1．2照度计的现状和发展方向当前照度计基本上分为两种方案，一种方案是采用光电传感器元件把光信号转变成电信号、电信号进过放大和A／D转换，最后由LED数码管或LCD显示出测量数据；另一方案就是在A／D转换器后面再加一个单片机来控制整个系统的工作。同时传感器配制矿似)修正滤光片，符合国际照明委员会(CIE)定的人眼视觉特性，并配有余弦校正器，使传感器对不同角度光的响应值符合余弦法则，对点、线、面光源及各种不同颜色的可见光能准确测量IlJ。

高精度照度计的设计照度计作为一种数字式仪表随着新技术和新工艺的不断发展，将有以下发展趋势：(1)最先应用新的科学研究成果，高新技术大量采用仪器仪表装置不仅本身已成为高技术的新产品，而且利用新原理、新概念、新技术、新材料和新工艺等最新科技成果集成的仪器仪表装置和系统层出不穷。(2)模块化的发展方向新一代数字仪表正朝着标准模块化的方向发展。预计在不久的将来，照度计将由标准化、通用化、系列化的模块所构成，给电路设计和安装调试、维修带来极大方便。表面安装技术(sMT)和表面安装元器件(sMD)将获得普遍应用。这项技术被誉为世界电子工艺技术的一项重要突破。所谓表面安装是将微型化的表面安装集成电路(SMIc)和表面安装元件，用粘贴工艺直接安装在印刷板上，再用波峰焊接机焊接，由此取代传统的打孔焊接工艺，使印刷扳安装密度大为增加，可靠性得到明显提高。(3)安全性仪器仪表在设计和使用中的安全性，对于生产厂家和广大用户都是至关重要的问题。一方面厂家必须为仪表设计安全保护电路，并使之符合国际标准(例如美国UL认证，欧洲GS认证，IS09001国际标准质量认证)；另一方面用户必须安全操作，时刻注意仪表上的各种安全警告指示。仪表的保护电路在于最大限度的减小或防止因误操作而造成的危害。(4)操作简单化(5)技术指标不断提高仪器仪表在提高检测控制技术指标上是永远的追求，仪器仪表的技术指标水平是一个国家仪器仪表发展水平的量化标志。(6)不断微型化、智能化、精美化1．3课题研究内容及特点目前照度计的制造和使用，人们最关心的是光谱响应特性、测量精度和测量范围12】，而这些指标主要由所用的光电传感器的性能决定。但目前各个光电传感器的性能参数基本是确定的，所以要想提高照度计的测量精度和测量范围要从照度计特性入手，分析各种误差产生的原因，合理设计电路，采用余弦补偿来提高测量的精度。在研究开发高精度照度计的过程中，着重进行了以下几个方面的研究工作：硬件方面主要作了以下工作：(1)光电转换前置放大电路：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

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