基于ATC52测量光照强度系统设计
（********物理与电子工程系07级电信1班）
摘要：设计主要实现单片机对周边光照强度信息的探测。系统以ATS52片机为控制核
心，进行了软硬件的设计°硬件电路主要包括光敏电阻，单片机的最小系统，放大系统，模数
转化以及液晶显示五个部分组成。软件设计采用模块化设计方案，主要完成采集数据处
理,LCD显示程序。
关键词：光照强度；ATS52单片机；A/D转化；
引言
为了配合生态系统、大棚作物、路灯控制系统等，研究制作了这个测量光照强度系统。测量光照强度系统主耍根据光敏电阻的特性制作的。光敏电阻值随受到的光照强度的变化血变化（光照强度越大，电阻值越小）。将光敏电阻接入电路中，不同光照强度导致光敏电阻值变化，于是光敏电阻上的电压发生变化，导致电路的输出电压也相应变化。根据电斥-光照度函数关系，山电压计算得到光照强度值，然后以可视化界面形式输出结果。
1系统设计
1. 1整体设计内容
系统设计由单片机主控电路、光敏电阻测量光照强度、A/D0804模数转化、LM324放大和LCD液晶显示等部分组成。
它是利用ATS52单片机和一些外围电路制作而成，结合光敏电阻及其辅助电
路，是光敏电阻根据不同的光照强度的阻值变化，从而影响电路屮的电压值，进行放
大后显示出来，以此来检测光照强度的变化。
图1设计结构框图
1.2测量光照强度原理及应用
光敏电阻的工作原理是基丁内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，
将其封装在带有透明窗的管売里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。
用丁制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和硏化物等半导体。通常采用涂
敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光墩电阻体及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵墩度。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大丁半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸 这种由光照收一个光子的能量后可跃迁到导带，
并在价带中产生一个带正电荷的空穴，产生的电子一空穴对了半导体材料中载流子的数冃，使其电阻率变小，从而造成光墩电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子一空穴对将复合，光墩电阻的阻值也就恢复原值。在光墩电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到波长的光线照射时，电流就会随光强的而变大，从而实现光电转换。
光墩电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数冃的多少。
L（光照强度）二K*V（电压） （1）
光敏电阻属半导体光敏器件，除具灵敏度高，反应速度快，光谱特性及「值一致
性好等特点外，在高温，多湿的恶劣环境下，还能保持高度的稳定性和可靠性，可广
泛应用于照相机，太阳能庭院灯，草坪灯，验钞机，石英钟，音乐杯，礼品盒，迷你小
夜灯，光声控开关，路灯自动开关以及各种光控玩具，光控灯饰，灯具等光自动开关
控制领域。 2硬件电路设计 | | |
2. | 1主控电路 | |
ATS52作为普通51单片机已与广泛应用于各种产品中，其接口简单，方便使用，且功能强大，因此本系统采用ATS52单片机作为主控制芯片。
单片机主控电路是由ATS52单片机、时钟电路和复位电路等部分组成，具体电路如图4所示。单片机是由运算器、控制器、存储器、输入设备以及输出设计共五个基
本部分组成。它是把包括运算器、控制器、少量的存储器、最基本的输入输出口电路、
串行口电路、中断和定时电路等都集成在一个尺寸有限的芯片上。因此，它只需要和适
当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。本设计充分利用了
ATS52单片机的I/O接口资源，分别控制液晶模块显示，按键的响应等。吋钟电路用于产生ATS52单片机所需要的时钟控制信号，因为单片机的内部电路在时钟信号控
制下，才能按照时序指令进行工作。
单片机有一个复位引脚REST,高电平有效。在吋钟电路工作以后，当外部电路使
得REST端出现2个机器周期（24个时钟周期）以上的高电平，系统内部复位。复位有两
种方式：上电复位和按钮复位。本设计的复位电路采用按钮复位。
具体电路如图所示。
ZF11K
C15 | U3 | |||||||||
R14 | RE51 | REST | F10 |
| rr | F : | IC | |||
!UJ | ||||||||||
S^C | ||||||||||
| PA | C | ||||||||
丄 | ||||||||||
2. 2放大和模数转化部分电路图 | ||||||||||
场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点，消除在许多应用场合中采用外部
偏置元件的必要性。
A/D转换就是将模拟信号输换成数字信号。A/D转换器就是用来实现这一功能的
器件。信号输入端常常是传感器或相应电路的模拟输出，iUDC器件转换成数字信号
再提供给微处理器，以便用作显示等后期信号处理。
| L | - |
| 1 | Pc- | |||
| ||||||||
S | ||||||||
H | ||||||||
| ||||||||
「 | 一 |
KH(
2?3光敏电阻的功能分析
物理构造：光墩电阻乂称光导管，它儿乎都是用半导体材料制成的光电器件。光皱电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。无光照时，光墩电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（喑电流）很小。
当光皱电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减少，电路中电流迅速增大。一般希望喑电阻越大越好，亮电阻越小越好，此时光皱电阻的灵墩度高。实际光皱电阻的暗电阻值一般在兆欧级，亮电阻在儿千欧以下。光墩电阻的原理结构：它是涂丁?玻璃底板上的一薄层半导体物质，半导体的两端装有金属电极，金属电极与引岀线端相连接，光墩电阻就通过引岀线端接入电路。为了防止周围介质的影响，在半导体光墩层上覆盖了一层漆膜，漆膜的成分应使它在光墩层最墩感的波长范围内透射率最大。
工作原理：光敏电阻接有一个稳定电压，当光照度变化时，光墩电阻的阻值会改变，通过比例放大器输出电阻的压降。
2.4 LCD液晶显示
LCD液晶显示器是LiquidCrystal Display的简称,LCD的构造是在两片平行的玻璃当
屮放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否來控制
杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。
在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下儿个优点：
显示质量高：由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，
恒定发光，而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新新亮点。因此，液晶显
示器画质高且不会闪烁。
数字式接口：液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠,操作
更加方便。
体积小、重量轻：液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的
冃的，在重量上比相同显示而积的传统显示器耍轻得多。
功耗低：相对而言，液晶显示器的功耗主耍消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而
耗电量比其它显示器要少得多。
字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD,目前常
用16*1,16*2, 20*2和40*2行等的模块01602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器
大部分为HD44780,带苗光的比不带苗光的厚，是否带苗光在应用中并无差别，1602LCD
主耍技术参数：显示容量:16x2个字符，芯片工作电压:4.5—5.5V,工作电流:2.0mA（5.0V）
,模块最佳丁?作电压:5.0V,字符尺寸:2.95x4.35（WxH）mmo
由于本次设计的显示模块需耍显示多位数字，如果采用数码管显示的话将会
占用多个单片机I/O口，使得电路变得更为复杂。所以选用液晶显示，1602LCD符合基
本条件，能够采用。
3软件设计
3.1主程序流程图
主程序初始化后，等待定时器TO中断，程序流程图如图3-1所示。
3.2TO中断子程序
当计数变量Count二20时，进入定时器T0中断，启动A/D转换，并读取转换结果的值送液晶显示。程序流程图如图3-2所示。
开始 |
初始化
图3-1主程序
图3-2TO'P断子程序
4测量结果
采样得到的模拟值经过AD转化后为电压值，电压范围为0-5V。而考虑到实际生活屮，一般照明为2001ux,重点照明为3001ux,所以实验屮可显示的光照强度为0-5001UXO于是参考两者之间的线性关系，定下入下图的关系：
图4-1电压-光照度函数
测量结果如下表所示
|
和光敏电阻串联在一起分压的电阻实际阻值比应有阻值低，导致分得的电压少，从而导致测量误差，放大和A/D转换时的误差等。
环境误差，由于温度，气压，光照，湿度等环境因素对整体电路或元件的影响。
5总结
通过调试，测量光照系统电路都丁?作良好，经过了长吋间的运行，未出现不良情况。至此，本设计完成并达到了预期冃的。
通过这次课程设计，我受益匪浅。不仅在硬件上了解到很多知识，在编程测技巧上也有了很大的提高。在整个制作过程中，遇到了很多问题，比如程序没有错误，多不能正常运行，最后经检查是指令不够规范；电路有部分不能正常工作,因为焊接不牢固等。也同时暴露了具他很多问题，比如有点知识点掌握不够全面和准确，但是通过口己的不屑努力以及老师和其他同学的帮助，都得到了较好的解决。
经过这儿个月的毕业设计过程，我更加懂得把自己的学习知识应用在实际中，更熟练的皿用自己学习的知识，以及设计及焊接电路的技巧，使我了解到了所学知识的用途?在这里我也更加深刻的体会到了自己从书本上学习并灵活应用知识的重要，同时查阅参
考书，在网上查找相关资料都能够给我们提供很多宝贵的信息。最后就是要不断完善和
修改，使功能的实现更加完善，同时可以提高我们对知识的灵活运用。
（指导教师：***）
参考文献：
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［10］王虎城，周晋军，皮依标，叶振华?基丁光传感器和单片机的校园路灯控制系统设计［J］?科技广场.2011.01
Basedon the ATC52 single measurement light intensity system design
(Class1, Grade 2007 telecommunication, college of physics and electrical
engineering, | ?丄"7" | 叶、 |
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Abstract:Designmainly realizes the monolithic integrated circuit to surroundinglight intensity information detection. ATS52 SCM system with the ascontrol core, hardware and software design. Hardware circuit includephotoconductive resistance, SCMrssmallest system, amplification systems, modules and liquid crystaldisplay into five parts. The software design using modular designscheme, mainly completed acquisition data processing, LCD displayprogram.
KeyWords: lightintensity; ATS52 SCM; A/D conversion;