51单片机的光照强度检测系统的设计与实现
【】本设计灵感来自与温室大棚种植的光照强度检测，设计以单片机为核心，运用光敏电阻能够随着给定光照强度不同改变阻值大小的特性，获取光强，A/D转换经单片机处理后，让数码管输出。这一系统能够实时的反应温室中的光照强度，是常用的测试仪。本文的研究方面有：介绍在温室大棚中光照强度参数的重要性，并对国内外温室大棚的发展与弊端作研究，开发出一款低价实用的光强检测仪迫在眉睫。从整体方案入手，分别讨论光敏电阻模块、A/D转换模块、单片机模块、显示模块的硬件选择、硬件电路、硬件原理，并且设计出硬件原理图。以主程序为主，子程序为辅，设计编写软件。从正确仿真入手，通过元器件清单的购置、绘制电路PCB版图、焊接与组装完成后，通过实验调节，得出光照强度检测仪的分辨率为1lx，测量范围为0~600lx结论。
目 录
绪论 1
（一）研究背景 1
（二）研究意义 1
（三）研究内容 1
一、系统硬件电路设计 2
（一）整体方案 2
（二）电路原理图 2
（三） 子模块介绍 4
二、软件设计 10
（一）编程环境 10
（二）主流程图 11
（三）显示子流程图设计 12
三、软硬件综合测试及仿真 13
（一）仿真调试 13
（二）元器件清单 13
（三）电路PCB图 15
（四）焊接与组装 15
（五） 实物调试 16
总 结 17
致 谢 19
参考文献 20
附录1系统源程序 21
绪论
（一）研究背景
随着生活水平的提高，居民越来越注重饮食的安全性，尤其是蔬菜瓜果这些菜类产品更是重中之重。尤其空气污染，雾霾、酸雨等的出现，传统露天培植健康问题更加严重。为了解决这一问题，温室种植越来越受到青睐，绿色健康已经成为代名词。在温室产业拓展的过程中，光照强度这一因素必须考虑在内，光强影响着农作物的光合作用。太强，灼伤叶脉，伤害植物；太弱，光合不充分，影响成长。
可见，光照强度的检测是温室大棚的重要一环。如果温室大棚缺少对光照度的
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实时检测，则温室中的蔬菜水果花等植物会得不到科学的光照，种植物的经济效益必然大打折扣。因而，温室大棚的的光照检测急需一款能够实时检测光强，且灵敏度高、价格低廉、实用性强的光照检测仪。
（二）研究意义
随着改革开放，我国在温室领域也取得了很大的进步与发展。无论是在温室的二氧化碳检测，温室的湿度检测，温室的光强检测等方面都有实现成功的案例。但是，案例中大多是使用的高科技，成本高，造价昂贵，对于老百姓来说，想要普及这些设备基本是无可能。在最新的市场问卷调查“关于温室产业中各个因素重要性”讨论中，统计显示，认为温度重要的有20%，认为是湿度重要的有20%，认为光强重要的达到了50%。然而，目前我国的温室大棚对于“光照强度”这一参数的产品设计甚少，因而迫切需要一款光照强度检测仪，能够实时检测温室大棚的光照强度。
（三）研究内容
本设计是设计出基于单片机的能够对温室光强实时检测的仪器，采用单片机ATC89C51作为核心部件，使用光敏电阻进行光照的采集获取，由A/D转换电路实现模拟信号与数字信号的转换，由数码管显示当前光照强度。该设计不仅能实现对光强的实时检测，同时操作便捷，成本低廉，具有较大潜力和较深远的研究意义。
一、系统硬件电路设计
（一）整体方案
本课题为基于单片机的光强检测仪，本文采取现有最新一代的高速，低功耗的51单片机为控制核心，以可读性强的C语言为编程语言，光照信号通过光敏电阻转换为相应模拟电信号，通过A/D转换模块将模拟信号转换为数字信号，最后在单片机处理后，通过数码管显示出来。图11系统的整体方框。
图11系统方框图
（二）电路原理图
本文将单片机STC89C51作为系统核心，光敏电阻为采光元件，为模拟数字转换采用ADC0804，数码管最后的输出显示。其中，光敏电阻GM将接受到的光照信号送入AD0804的Vin+端，AD0804将转换后的数字信号送入单片机P0口进行处理，处理分析通过P1传输出去，给数码管显示最终光强。电路原理图如图12所示。系统源程序如附录1所示。
图12电路原理图
（三） 子模块介绍
1、光敏电阻模块
（1）光敏电阻简介
光敏电阻是感测光强半导体，在设计测量光强，光电转换，光控功能时会大连使用。基本原理是阻值随光强改变，当光强强，阻值反之变小，当给定光强弱，阻值变大，影响信号输出。模拟信号依次对应大、小。其光敏电阻参数如下，首先光电流、亮电阻。光敏电阻在电路中通电，光敏电阻采集光照，电路中电流为光电流，此时电压、电流比为亮电阻。其次是暗电阻、暗电流。光敏电阻原阻值为暗电阻，电路电流暗电流。再次是伏安特性。挡墙光强下电流、电压比。如下图13所示。
图13伏安特性
光照特性。当光敏电阻接触光强后，接收的光强与当前电流的比值。
响应时间和频率特性。当光强度接触光敏电阻后电阻阻值变化，随之电路中电流变化，在这变化过程中会有一定的时间反应，用T表示。因为空气潮湿，外加防潮玻璃罩，如下图14所示。
图14 光敏电阻细节图
上图中，标注1是玻璃；标注2是光敏电阻的光导电层；标注3是光敏电阻的电极；标注4是绝缘层；标注5是光敏电阻的外金属壳；标注6是防潮玻璃，颜色黑；标注7是引线，用于光敏电阻外部连接。
（2）光敏电阻选择
光敏电阻的选择需要考虑几个方面：第一是本设计中流过电流大小，选用的是否合适；其次测量范围，能否满足要求；然后关敏电阻的灵敏度高，不同的场合在正确的选用不同的型号、参数后，达到的增益往往会大于1；最重要的是光敏电阻没有正负极之分，使用便捷，同时其供电电源可以是直流电，使用的场合广泛。因而，本文选择M5528型号的光敏电阻。
光敏电阻设计电路
本文的设计中，将光敏电阻的输出信号，作为IN信号送入A/D转换模块。如图15所示。
图15 光敏电阻设计电路
2、A/D转换模块
（1）ADC0804转换模块的简介
本设计中光敏电阻采集后给出的信号是模拟信号，无法让数码管显示出来，为了解决这一个问题，在查阅许多资料和问询老师后，选择的A/D转化模块是ADC0804。所有元器件只有在有供电才会工作，ADC0804模数转化模块供电需求只是5V，运用市电压变电，整流后就可实现。ADC0804模数转化模块功能很强大，转化率是256级，电压转换率0.02，超过大多数元器件，应用广泛。图16为ADC0804管脚图，表11是芯片ADC0804的管脚对应功能功能。
图16 ADC0804管脚图
目 录
绪论 1
（一）研究背景 1
（二）研究意义 1
（三）研究内容 1
一、系统硬件电路设计 2
（一）整体方案 2
（二）电路原理图 2
（三） 子模块介绍 4
二、软件设计 10
（一）编程环境 10
（二）主流程图 11
（三）显示子流程图设计 12
三、软硬件综合测试及仿真 13
（一）仿真调试 13
（二）元器件清单 13
（三）电路PCB图 15
（四）焊接与组装 15
（五） 实物调试 16
总 结 17
致 谢 19
参考文献 20
附录1系统源程序 21
绪论
（一）研究背景
随着生活水平的提高，居民越来越注重饮食的安全性，尤其是蔬菜瓜果这些菜类产品更是重中之重。尤其空气污染，雾霾、酸雨等的出现，传统露天培植健康问题更加严重。为了解决这一问题，温室种植越来越受到青睐，绿色健康已经成为代名词。在温室产业拓展的过程中，光照强度这一因素必须考虑在内，光强影响着农作物的光合作用。太强，灼伤叶脉，伤害植物；太弱，光合不充分，影响成长。
可见，光照强度的检测是温室大棚的重要一环。如果温室大棚缺少对光照度的
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
实时检测，则温室中的蔬菜水果花等植物会得不到科学的光照，种植物的经济效益必然大打折扣。因而，温室大棚的的光照检测急需一款能够实时检测光强，且灵敏度高、价格低廉、实用性强的光照检测仪。
（二）研究意义
随着改革开放，我国在温室领域也取得了很大的进步与发展。无论是在温室的二氧化碳检测，温室的湿度检测，温室的光强检测等方面都有实现成功的案例。但是，案例中大多是使用的高科技，成本高，造价昂贵，对于老百姓来说，想要普及这些设备基本是无可能。在最新的市场问卷调查“关于温室产业中各个因素重要性”讨论中，统计显示，认为温度重要的有20%，认为是湿度重要的有20%，认为光强重要的达到了50%。然而，目前我国的温室大棚对于“光照强度”这一参数的产品设计甚少，因而迫切需要一款光照强度检测仪，能够实时检测温室大棚的光照强度。
（三）研究内容
本设计是设计出基于单片机的能够对温室光强实时检测的仪器，采用单片机ATC89C51作为核心部件，使用光敏电阻进行光照的采集获取，由A/D转换电路实现模拟信号与数字信号的转换，由数码管显示当前光照强度。该设计不仅能实现对光强的实时检测，同时操作便捷，成本低廉，具有较大潜力和较深远的研究意义。
一、系统硬件电路设计
（一）整体方案
本课题为基于单片机的光强检测仪，本文采取现有最新一代的高速，低功耗的51单片机为控制核心，以可读性强的C语言为编程语言，光照信号通过光敏电阻转换为相应模拟电信号，通过A/D转换模块将模拟信号转换为数字信号，最后在单片机处理后，通过数码管显示出来。图11系统的整体方框。
图11系统方框图
（二）电路原理图
本文将单片机STC89C51作为系统核心，光敏电阻为采光元件，为模拟数字转换采用ADC0804，数码管最后的输出显示。其中，光敏电阻GM将接受到的光照信号送入AD0804的Vin+端，AD0804将转换后的数字信号送入单片机P0口进行处理，处理分析通过P1传输出去，给数码管显示最终光强。电路原理图如图12所示。系统源程序如附录1所示。
图12电路原理图
（三） 子模块介绍
1、光敏电阻模块
（1）光敏电阻简介
光敏电阻是感测光强半导体，在设计测量光强，光电转换，光控功能时会大连使用。基本原理是阻值随光强改变，当光强强，阻值反之变小，当给定光强弱，阻值变大，影响信号输出。模拟信号依次对应大、小。其光敏电阻参数如下，首先光电流、亮电阻。光敏电阻在电路中通电，光敏电阻采集光照，电路中电流为光电流，此时电压、电流比为亮电阻。其次是暗电阻、暗电流。光敏电阻原阻值为暗电阻，电路电流暗电流。再次是伏安特性。挡墙光强下电流、电压比。如下图13所示。
图13伏安特性
光照特性。当光敏电阻接触光强后，接收的光强与当前电流的比值。
响应时间和频率特性。当光强度接触光敏电阻后电阻阻值变化，随之电路中电流变化，在这变化过程中会有一定的时间反应，用T表示。因为空气潮湿，外加防潮玻璃罩，如下图14所示。
图14 光敏电阻细节图
上图中，标注1是玻璃；标注2是光敏电阻的光导电层；标注3是光敏电阻的电极；标注4是绝缘层；标注5是光敏电阻的外金属壳；标注6是防潮玻璃，颜色黑；标注7是引线，用于光敏电阻外部连接。
（2）光敏电阻选择
光敏电阻的选择需要考虑几个方面：第一是本设计中流过电流大小，选用的是否合适；其次测量范围，能否满足要求；然后关敏电阻的灵敏度高，不同的场合在正确的选用不同的型号、参数后，达到的增益往往会大于1；最重要的是光敏电阻没有正负极之分，使用便捷，同时其供电电源可以是直流电，使用的场合广泛。因而，本文选择M5528型号的光敏电阻。
光敏电阻设计电路
本文的设计中，将光敏电阻的输出信号，作为IN信号送入A/D转换模块。如图15所示。
图15 光敏电阻设计电路
2、A/D转换模块
（1）ADC0804转换模块的简介
本设计中光敏电阻采集后给出的信号是模拟信号，无法让数码管显示出来，为了解决这一个问题，在查阅许多资料和问询老师后，选择的A/D转化模块是ADC0804。所有元器件只有在有供电才会工作，ADC0804模数转化模块供电需求只是5V，运用市电压变电，整流后就可实现。ADC0804模数转化模块功能很强大，转化率是256级，电压转换率0.02，超过大多数元器件，应用广泛。图16为ADC0804管脚图，表11是芯片ADC0804的管脚对应功能功能。
图16 ADC0804管脚图
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