1. 研究目的与意义
照度与人们的生活有着密切的关系。充足的光照，可防止人们免遭意外事故的发生。反之，过暗的光线可引起人体疲劳的程度远远超过眼睛的本身。因此，不适或较差的照明条件是造成事故和疲劳的主要原因之一。现有统计资料表明，在所有职业劳动的事故中约有30%是直接或间接因光线不足造成的。对体育场（馆）的光照要求是非常严格的，光照过强或过暗都会影响比赛的效果。在工农业生产中，光照度是衡量生产环境的一个重要指标。可见，准确的测量光照强度在生产生活中非常重要。但是市场上常用的照度计，对一般用户而言费用过高。本文设计的光照度计，是采用89C51单片机和BH1710设计一个光照度计，并用液晶显示。仅利用少量元器件，度数方便，制作简单。
2. 国内外研究现状分析
中国计量科学研究院已于1974年首先建立了一套照度计检定装置，并已推广到各省，包括华南国家计量测试中心(广东省计量科学研究院)己有6米导轨的照度计检定装置，但这些装置都是手工操作(包括照度计定量对准、标准灯与被检照度计的多个距离调节等)，人工读数记录。目前，市场上存在的成品高精度光照度计种类很少，多数为国外制造的进口产品，价格昂贵且操作繁琐；而国内制造的光照度计虽然价格低廉，但是测量范围有限。目前比较流行的光照度计的设计方案基本上分为两种：一种方案是采用光电转换器元件把光学信号转换为电量信号、经放大和A/D转换后，直接由LCD或LED数码管显示测量数据；另一种方案就是用单片机等微处理器作为核心控制器来控制整个系统的工作，同时传感器配有修正滤光器，符合国际照明委员会（CEI）制定的人眼视觉特性，并且配合使用余弦校正器，使传感器对不同角度光的响应值符合余弦法则，对点、线、面光源及各种不同颜色的可见光能准确测量。
3. 研究的基本内容与计划
一、照度的测量方法 测量照度的方法比较简单，是以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：E=dφ/dA，该量的符号是E，单位为勒克斯（lx）。照度和人眼的光频谱效率有关，因此，根据探测到人眼的光线的光谱灵敏度与光谱线的效率要相对应。而光接收器相对人眼的光频谱效率取决于人眼的光谱敏感性，所以使用光来匹配探头。此外，对探测光的光响应，与余弦规则相一致，因此，光探测器也需要余弦校正。余弦校正由光电传感器、电子放大和读数系统组成。 二、硬件电路设计 1、系统总设计方案 以89C51单片机为控制核心，对从照度传感器BH1710传来的数字信号进行处理，然后通过液晶屏显示出来。系统框图如下： 2、照度传感器 照度传感器BH1710FVC具有与人的视觉灵敏度相似的优良光谱灵敏度特性，可以测量从黑暗到日光直射环境的宽范围的照度，测量照度范围为1～65535勒克斯［3］。BH1710为16位串行数字输出型环境光传感器，采用I2C总线接口，可以便捷的与单片机系统进行通信。另外，BH1710内置有待机功能，待机电流只有0．01uA，有助于便携式电子机器朝着低电流化方向更进一步发展。 3、液晶显示模块选型 采用LCD液晶显示器作为显示单元，液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。与LED数码管相比，采用LCD液晶显示器有以下三个优点［5］：①当环境光线强度高时LED数码管发光字体不明显；②减少LED数码管发光对测量的影响；③用低功耗液晶显示屏幕有效节约能源。液晶显示器具有低工作电压（3～6V），功耗小，体积小，重量轻的特点，是其它许多显示器件无法比拟的。它被广泛应用在各种电子设备，电气设备等多种低功耗产品的设计中。 三、程序设计 照度计的单片机程序设计比较简单。由于选用的照度传感器BH1710为数字型传感器，使用I2C总线来传输数据，程序设计只需编写I2C通信协议，读取其输出 |
的数字信号即可。 1、数据读取 BH1710为数字型照度传感器，器件本身有三种精度模式：高精度、中精度和低精度。其中高精度分辨率为1lx，测量时间120ms；中精度分辨率为4lx，测量时间16ms；低分辨率为32lx，测量时间2．9ms。通过程序向BH1710发送不同控制指令，即可实现不同模式的选择。 2、数据显示程序 LCD1602液晶模块内部的字符发生存储器(CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形。这些字符有:阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母A的代码是01000001B(41H)，显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母A。 |
4. 研究创新点
本文是在对BH1710照度传感器的研究基础上，设计出一种高精度照度计。该照度计以89C51单片机作为控制核心，应用了最新数字型照度传感器BH1710，电路结构简单，可以根据需要设置不同的测量精度以及工作模式，测量精度最高可达1lx，可以嵌入到各种需要照度测量的电子仪器中。该照度计还具有低功耗模式，可以嵌入到便携式电子仪器中。
