光照度计设计.doc

光照度计的设计 功能概述 1、光度学中基本量 在光辐射测量中，与能量有关的量有两类:一是物理的，即客观的，叫做辐射度学量，简称为辐射量；另一类是生理的，即主观的，叫做光度学量，简称光度量。前者表示某辐射源客观上发射出的辐射能的大小，后者表示人的视觉系统主观上感受到的那部分辐射能的强度。 （1）光通量 (luminousflux)龟， 光源在单位时间内发出的光量称为光通量，在光度学中，光通量是从辐射通量导出的量，它明确地定义为能够被人眼视觉系统所感受到的那部分辐射功率的大小的量度。单位是流明 (inmen)，符号为 lm，表达式为: ΦL = dQv /dS (2) 光亮度(luminanee) Lv， 一个面光源，除了可以用发光强度来描述它在某一个方向上的发光能力之外，还要知道它每一单位面积在这个方向上的发光能力，以便比较两种不同类型光源的明亮程度，这就要用到亮度这个概念。它表示每单位面积上的发光强度，即: LL =dIL /dS 光亮度的单位为坎德拉第每平方米(cd/mZ)。式中的面积，应该理解为一个面在观察方向上的正投影面积。因此，若观察方向与该面的法线夹角为 0时，上式将变为: LL = dIL /dScos(θ) 所以，光源的光亮度可定义为:在表面一点处的面元在给定方向上的发光强度除以该面元在垂直于给定方向的平面上的正投影面积。由于 IL = DφL/dΩ 故有 LL =d2ΦL /dΩdScos(θ) 该式是光亮度的较通用的定义式。由该式可知，亮度不仅可用来描述一个发光面，而且还可以用来描述光路中的任意一个截面，如一个透镜的有效面积、一个光阑所截的面积或一个象的面积等。此外，还可以用亮度来描述一束光，光束的亮度等于这个光束所包含的光通量除以这束光的横截面和这束光的立体角。 (3)光照度 在光接收面上一点处的光照度等于照射在包括该点在内的一个面元上的光通量除以该面元的面积ds。即: EL =dΦL / ds 2、光照度计设计思路 光照度计首先需要光电转换步骤，将光的强弱转化为电的强弱，最佳转换关系是线性关系，如果是非线性，需要定标才可。其次需要前置放大和滤波处理，使弱电信号变为可以适合单片机处理的信号。最后是单片机处理信号，并将信号发送至不同功能的芯片。如发送到显示芯片，或接受按键指令，处理信号。 3、提供的功能包括: a。即时照度测量 b。照度数值记录 c。单位转换 d。照度平均值计算 e。照度最大值计算 f。照度最小是计算 g。方差计算 4、框图： 二、实现方法 光电器件的选择 （1）硅光电池 光电转换采用硅光电池完成。它不需要外加电源就能直接把光能转换成成电能，而且光电流和照度成线性;它的光谱灵灵敏度与人眼的灵敏度较为接近;它的响应时间短短、性能稳定，光谱范围宽，频率特性好，转换效率高，能耐高温辐射等优点。故选择硅光电电池作为此系统的光电检测器件。 1)原理 硅光电池是一种利用光光生伏特效应制成的光电转换器件，通过将光信号号转变为电信号来检测待测量。光电池工作原原理，当光照射 P一N结时，原子受激发而产生电子一空穴对，由于电子和空穴分别向两极极移动而产生电动势，两极接入电路就能产生电流了。 硅光电池是一种直接把把光能转换成电能的半导体器件。它的结构很简单，核心部分是一个大面积的 PN结。硅光电池池响应时间短，光电池转换效率高(目前转换效率高达 27.50%的硅光电池已经研制成功)。若有 1m2的这种光电池，在足够的阳光照射下，可可以产生 100多瓦的电能。 硅光电池主要有两个方方面的应用，即作为电源和作为光电检测器件的应应用。硅光电池作为测量元件使用时，应当作作电流源，不宜作电压源。 2）此次设计所选硅光电池池的型号为 BPW34 BPW34具有高速高灵敏度的特点，所以本次设计选用了此型号的硅光电电池。 （2）光电转换与信号前置放大模块 一个线性度好、稳定度度高的光电转换与信号放大电路对于整个测试系统统是至关重要的。它直接影响整个系统的测量精度、灵敏度、稳定性及系统的测试速度等等指标。 由于 BPW34具有高灵敏度的特点，所以容易引起高频噪声。此处采用低低通滤波器，过滤掉部分高频噪声，同时采用运运算放大器，将微弱电信号放大至 A/D转换器可可用范围。第一确保了 A/D转换器的转换精度，第二确保了信号不失真。 1)原理 其中 R与 C构成了低通滤波器 2)参数与芯片选择。 考虑到整个系统采用 3.3V电压统一供电，所以运算放大器应选用低电压压型号。经过挑选选择了 LMV321。该运放的特点是工作电压低(2.7V-5.5V)，可适应本产品的需求。 输出的电压信号连入单单片机的 A/D转换电路，而 C8051F310的 A/D转换输入电压最大值为 VREF也就是 3