果蔬栽培自然光照度计的电路设计与制作
摘 要可见光是由天然太阳光或人工光源生成，在本质上是一种电磁波，具有一定的能量。光照强度称为照度，单位是勒克斯（Lux），表明在单位面积通过光通量的数值。是光的一种重要的物理量，用于指示光照的强弱和物体表面积被照明程度。照度在人们的生活中不可忽视，充足的光照，使我们生活愉悦，工作、学习效率高，减轻疲劳和事故发生。在科学和自然界，光的强弱也起着重要作用和影响。本课题针对可见光谱范围，设计制作便携式可见光照度计，基于使用在农林业、花卉、果蔬等不同种植环境，进行较强光照测量的目的。线路选用合适光谱特性的光电传感器(硅光电池)，利用其高灵敏度、近似线性的光照和转换特性，进行光电转换。输岀的信号经过运算放大器，进行测量电路小信号增益放大，釆用四路负反馈控制，对大范围光照强进行分档测量。并由ICL7107构成的三位半A/D转換驱动显示模块，完成由LED共阳极数码管直接分档数字显示。最后进行电路整体调试、定标、校准，实现电路测量功能。
目 录
第一章 绪论 1
1.1照度计研究的意义及应用 1
1.2照度计的现状和发展方向 2
第二章 照度计的工作原理 3
2.1照度计的工作原理 3
2.2硅光电池光电信号接收端 3
2.2.1硅光电池介绍 3
2.2.2硅光电池的基本结构 3
2.2.3硅光电池光电信号接收端工作原理 4
2.3A/D转换器ICL7107 5
2.3.1A/D转换器ICL7107的介绍 5
2.3.2A/D转换器ICL7107的优点 5
2.3.3A/D转换器ICL7107的工作原理 6
第三章 照度计的设计 9
3.1照度计的一般要求 9
3.2照度计的组成 9
3.3照度计的设计 9
3.3.1光电传感器小信号放大的设计 9
3.3.2显示器的设计 10
3.3.3总体电路图的设计 11
第四章 照度计各部分调试测试 12
4.1光电传感器小信号放大的调试 12
4.2数字电压表的调试 12
4.3照度
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
计的定标 12
结束语 14
致 谢 15
参考文献 16
附录 17
第一章 绪论
1.1照度计研究的意义及应用
光在宇宙中无处不在，与人们的日常生活密不可分，对人类的生产生活具有非常重要的影响，可以说，人类离不开光。从古至今，光一直存在在那里，能看见，然而却摸不着，能感觉到，但却触摸不到。过去的我们仅能用眼睛去看，去感受它明暗的变化，从黑暗到光明，我们只能用日常生活中的感觉来体会它的强弱，直到现在人类对光才有了具体数据化的探究，这预示着我们现在科学技术的进步，时代的进步。
照明与人们的生活有着密切的关系，充足的光照，使我们生活幸福，工作、学习效率高，有效减少疲劳和事故。相反，人们长时间在昏暗的环境中导致的疲劳成都远远超过眼睛。所以，过暗和过强光照环境是产生事故和疲劳的重要原因之一。现有统计数据显示，由于光线不足直接或间接造成了30%的职业劳动事故的产生。照度是卫生学的一项重要指标。光是指能使人的眼睛感觉到的电磁辐射，当光进入眼睛，它被称为视觉感知。人眼能看到的光是可见光，它的波长范围在380～760nm之间。光照可分为两类，自然光和人工照明。自然照明是室内和区域的自然照明，有阳光直射和周围物体反射光，一般使用照明系数和自然照明表示。采光系数指的是相对有效面积和室内地面面积的比。大部分室内的采光系数在1/5～1/15之间，室内窗面积与室内地面面积比在1/8～1/10之间。利用自然光照系数来评价自然光的强度。这是一个反映室内和室外光线的关系。同时也反映出当地光气候(自然光能量和气候的光照条件的总和)。
当然，照度计不仅在居家健康中有很多应用，在农业生产中也起着很大的作用。自然光照度计可用于农业生产的温室，根据实时控制的强度是一个过程，智慧，经济，科学，适于推广，以促进水果和蔬菜的生长，从而提高实际收益率，质量成本，可以带来很大的经济效益和社会效益给予我们的果农。近几年来，伴随着我国由传统农业向优秀质量、高产率、高效率的现代化农业一直前进，光照应用领域愈来愈大，需要光照检测的条件也逐渐变高。对于植物来说。它们进行光合作用的过程中光照必不可少，可是过于强烈的光照能加速水分的蒸发，严重的会灼伤叶子表面。而且在生产的过程中，还会时常遇到光照很虚弱，需要补充光照的时候。在这种状况下，确定何时光照太强需要遮光，何时光照太弱需要补光是十分重要的，所以要对光实行全自动检测。然而，现在大部分的光照设备虽然测量范围相对较宽，但是操作人员在操作时却需要按照当时的检测情况自己动手置换量程。这样给检测带来了非常大的不便，更加影响了光照检测和控制的实现。于是，开发一种检测范围大、精确度高和能够智能换档的照度计。对于提高农业光照检测的自动化水平，增加光能利用率，促进植物生长，提高能源效率都具有重要意义。
1.2照度计的现状和发展方向
当前，一般照度计有两种：常用指针式和专用数显式，常用指针式需要手动换档调整量程，操作复杂而且测出的精确度不高，虽然专用数显式的测量精确度很高，但是它的检测量程有限，这样功能偏多成本又太高。当今世界，计算机技术、电子技术和通信技术在不断地发展，特别是集成芯片和电路的实现，功能越来越完善，成本也越来越低，这样下去各种各样智能化的机器应用不断扩大，慢慢变得具有智能化、使用便捷、硬件电路简单的优点。
在瞬息万变的形势下，技术与工艺变得越来越先进，作为一类数字式仪表，在不远的将来，照度计会有以下一些发展方向：
本身已成为高新技术的产品大量采用仪器仪表设备不仅能够使用最新的科学研究成果和高新技术，而且应用新理论、新概念、新技术、新材料和新制作等最新技术成果集成的设备和系统不断涌现。
(2)模块化的发展方向
可能在以后的日子里，随着新型照度计不断向标准模块化地前进，构成的模块渐渐趋向标准化、通用化、系列化，极大地便利了电路设计、安装调试和维修。
表面安装技术和表面安装元器件是世界电子工艺技术的一项重要突破，一经实现便得到了普遍应用。表面安装就是将微型化的表面，用粘贴的方式安装在印制电路板上，再通过回流焊或浸焊等方法焊接，由此代替统的打孔焊接技术，使印制电路板的安装密度大大增加，显著提高了安装技术的可靠性。
(3)安全性
对于生产厂家和使用客户来说最重要的问题就是设计和使用数字化仪器时的安全性能。例如美国的UL认证，欧洲的GS认证，IS09001国际标准质量认证等，厂家应该在生产仪器之前设计好相应的与国际标准相符的安全保护电路;用户则应该提高警惕，提前阅读相关警告说明，操作时务必遵守仪器上的安全警告。
(4)操作简单化
(5)技术指标不断提高
数字化仪器的技术水平代表着一个国家仪器的发展水平，所以提高仪器检测控制技术水平是我国亘古不变的信念。
目 录
第一章 绪论 1
1.1照度计研究的意义及应用 1
1.2照度计的现状和发展方向 2
第二章 照度计的工作原理 3
2.1照度计的工作原理 3
2.2硅光电池光电信号接收端 3
2.2.1硅光电池介绍 3
2.2.2硅光电池的基本结构 3
2.2.3硅光电池光电信号接收端工作原理 4
2.3A/D转换器ICL7107 5
2.3.1A/D转换器ICL7107的介绍 5
2.3.2A/D转换器ICL7107的优点 5
2.3.3A/D转换器ICL7107的工作原理 6
第三章 照度计的设计 9
3.1照度计的一般要求 9
3.2照度计的组成 9
3.3照度计的设计 9
3.3.1光电传感器小信号放大的设计 9
3.3.2显示器的设计 10
3.3.3总体电路图的设计 11
第四章 照度计各部分调试测试 12
4.1光电传感器小信号放大的调试 12
4.2数字电压表的调试 12
4.3照度
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
计的定标 12
结束语 14
致 谢 15
参考文献 16
附录 17
第一章 绪论
1.1照度计研究的意义及应用
光在宇宙中无处不在，与人们的日常生活密不可分，对人类的生产生活具有非常重要的影响，可以说，人类离不开光。从古至今，光一直存在在那里，能看见，然而却摸不着，能感觉到，但却触摸不到。过去的我们仅能用眼睛去看，去感受它明暗的变化，从黑暗到光明，我们只能用日常生活中的感觉来体会它的强弱，直到现在人类对光才有了具体数据化的探究，这预示着我们现在科学技术的进步，时代的进步。
照明与人们的生活有着密切的关系，充足的光照，使我们生活幸福，工作、学习效率高，有效减少疲劳和事故。相反，人们长时间在昏暗的环境中导致的疲劳成都远远超过眼睛。所以，过暗和过强光照环境是产生事故和疲劳的重要原因之一。现有统计数据显示，由于光线不足直接或间接造成了30%的职业劳动事故的产生。照度是卫生学的一项重要指标。光是指能使人的眼睛感觉到的电磁辐射，当光进入眼睛，它被称为视觉感知。人眼能看到的光是可见光，它的波长范围在380～760nm之间。光照可分为两类，自然光和人工照明。自然照明是室内和区域的自然照明，有阳光直射和周围物体反射光，一般使用照明系数和自然照明表示。采光系数指的是相对有效面积和室内地面面积的比。大部分室内的采光系数在1/5～1/15之间，室内窗面积与室内地面面积比在1/8～1/10之间。利用自然光照系数来评价自然光的强度。这是一个反映室内和室外光线的关系。同时也反映出当地光气候(自然光能量和气候的光照条件的总和)。
当然，照度计不仅在居家健康中有很多应用，在农业生产中也起着很大的作用。自然光照度计可用于农业生产的温室，根据实时控制的强度是一个过程，智慧，经济，科学，适于推广，以促进水果和蔬菜的生长，从而提高实际收益率，质量成本，可以带来很大的经济效益和社会效益给予我们的果农。近几年来，伴随着我国由传统农业向优秀质量、高产率、高效率的现代化农业一直前进，光照应用领域愈来愈大，需要光照检测的条件也逐渐变高。对于植物来说。它们进行光合作用的过程中光照必不可少，可是过于强烈的光照能加速水分的蒸发，严重的会灼伤叶子表面。而且在生产的过程中，还会时常遇到光照很虚弱，需要补充光照的时候。在这种状况下，确定何时光照太强需要遮光，何时光照太弱需要补光是十分重要的，所以要对光实行全自动检测。然而，现在大部分的光照设备虽然测量范围相对较宽，但是操作人员在操作时却需要按照当时的检测情况自己动手置换量程。这样给检测带来了非常大的不便，更加影响了光照检测和控制的实现。于是，开发一种检测范围大、精确度高和能够智能换档的照度计。对于提高农业光照检测的自动化水平，增加光能利用率，促进植物生长，提高能源效率都具有重要意义。
1.2照度计的现状和发展方向
当前，一般照度计有两种：常用指针式和专用数显式，常用指针式需要手动换档调整量程，操作复杂而且测出的精确度不高，虽然专用数显式的测量精确度很高，但是它的检测量程有限，这样功能偏多成本又太高。当今世界，计算机技术、电子技术和通信技术在不断地发展，特别是集成芯片和电路的实现，功能越来越完善，成本也越来越低，这样下去各种各样智能化的机器应用不断扩大，慢慢变得具有智能化、使用便捷、硬件电路简单的优点。
在瞬息万变的形势下，技术与工艺变得越来越先进，作为一类数字式仪表，在不远的将来，照度计会有以下一些发展方向：
本身已成为高新技术的产品大量采用仪器仪表设备不仅能够使用最新的科学研究成果和高新技术，而且应用新理论、新概念、新技术、新材料和新制作等最新技术成果集成的设备和系统不断涌现。
(2)模块化的发展方向
可能在以后的日子里，随着新型照度计不断向标准模块化地前进，构成的模块渐渐趋向标准化、通用化、系列化，极大地便利了电路设计、安装调试和维修。
表面安装技术和表面安装元器件是世界电子工艺技术的一项重要突破，一经实现便得到了普遍应用。表面安装就是将微型化的表面，用粘贴的方式安装在印制电路板上，再通过回流焊或浸焊等方法焊接，由此代替统的打孔焊接技术，使印制电路板的安装密度大大增加，显著提高了安装技术的可靠性。
(3)安全性
对于生产厂家和使用客户来说最重要的问题就是设计和使用数字化仪器时的安全性能。例如美国的UL认证，欧洲的GS认证，IS09001国际标准质量认证等，厂家应该在生产仪器之前设计好相应的与国际标准相符的安全保护电路;用户则应该提高警惕，提前阅读相关警告说明，操作时务必遵守仪器上的安全警告。
(4)操作简单化
(5)技术指标不断提高
数字化仪器的技术水平代表着一个国家仪器的发展水平，所以提高仪器检测控制技术水平是我国亘古不变的信念。
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