照度计设计报告.doc

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1、惠州学院HUIZHOUUNIVERSITY电子测量课程设计中文题目：_________________________________________英文题目：姓名__________________学号__________________专业班级__________________指导教师__________________提交日期__________________教务处制简易便携照度计的设计摘要在现实运用中，照度的测量是很常见的。本文设计了一种成本低、易携的数显照度计。本系统是以单片机ATMEGA16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、LED显示、

2、键盘等部分。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，并加了以劝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)A/D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,使用了10位A/D转换的精

3、度。(3)显示电路的设计:本系统选用led数码管显示模块，降低了成本。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;A/D转换;单片机照度计的工作原理2.1光度学中的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)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

4、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:(2.1)(2)光亮度(luminanee)L，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:(2.2)光亮度的单位为坎德拉第每平方米(cd/mZ)。式(2.2)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:(2.3)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

5、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(2.4)故有式(2.5)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。(1)光照度(luminanee)(2)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:(2.6)(EV照度;光通量;：面积)单位是:勒克斯(lux)，符号为lx，当llm光通量匀地照射在的面积上

6、时，这个面上的光照度就等于llx。即单位面积上接收到的光通量。2.2照度计的工作原理照度计(lulllinometer)又称勒克斯计或光强计，是用来测量某一被照射平面上光通量多少的一种光度量仪表。检测的物理量是光通量，是光度测量中用得最多的仪器之一。2，2.1照度测量的方法照度计的测量原理较简单，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:由于照度与人眼的光谱光视效率有关，因此，照度计的光探头的相对光谱灵敏度必须与人眼的光谱光视效率一致。由于一般的光接收器的相对光谱灵敏度与人眼的光谱光视效率相差远，所以光探头要用)滤光器进行匹配。另外，光投射在光探头上的响应，要符合余弦法则。

7、因此，光探头还要有余弦修正器。一个照度计是由带滤光器的光电传感器及电子放大和读数系统所组成。过去广泛采用硒光电池为探测器，这是因为它的光谱灵敏度比其他探测器更接近人眼的光谱光视效率的缘故。但由于硅光电元件的灵敏度、稳定性和寿命均较硒光电池为高，故近年来多采用硅光电池或硅光电二极管代替硒光电池作照度计的探测器件。为了提高照度计的测量准确度，光探头输出的光电流需先进行放大，再由读数显示器读数。为确保光