[摘 要]研究以硅光电池作为光感传感器，实现对光照度的测量。硅光电池输出弱电流信号通过调理、放大，接至单片机的a/d输入端，单片机对相应的电压信号进行采集和处理，通过线性化处理、工程量转换等方法，实现对100～5000lx范围照度的测量。照度的精确检测除可以有效指导光度的调节外，还可针对密封环境中化学反应物发光强度来估计反应物的成分。
[关键词]硅光电池；单片机；照度；测量
中图分类号：tp212.9 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2014）20-0095-01
1 引言
硅光电池是一种自发电式的光电元件，在受到光照时能够产生某一方向的电动势，在没有电源的条件下，会有电流通过外电路。硅光电池在不同的光照度下，产生的电动势和光电流是不同的，其线性范围较宽，接近短路状态时，可以作为电流源使用。
采用单片机作为主控制器，实现将硅光电池输出的模拟信号转换为数字信号，并通过数据处理，还原出照度值，直接显示在显示器上，或者对于密封环境采用rs-485通信方式将数据传输到外部显示器显示。
2 系统组成及电路设计
采用硅光电池检测照度信号的系统组成如图1。
单片机采用c8051f410型，它含有12位ad转换器，基准电压选择1.5v。裸片硅光电池的输出信号通过信号调理电路，接入单片机的a/d端口，通过a/d转换后进行数据的处理，包括线性化、温度补偿和工程转换等处理，再经过单片机的i/o接口把相应的电压数值显示在lcm046液晶显示模块上，并通过uart接口与外部设备通信，比如pc机。
由于单片机的a/d端输入信号是0～1.5v的电压信号，硅光电池输出的电流信号需转换为对应的电压信号，才能接至单片机，图2（a）电路实现弱电流到电压信号的转换，u1接在单片机的a/d输入端。lcm046是一种4位多功能通用型8段式的液晶显示模块，具有尺寸小，功耗低，显示清晰的特点，单片机提供3个端口与lcm046连接，驱动其正常显示。rs-485接口用于测量数据的远传，它是异步、半双工通信方式，rs-485转换ic有4个引脚与单片机连接，如图2（c），当仪表用于测量密封环境中的照度时，启用此通信电路可实时的将测量值传输到外部进行显示或存储。
3 程序设计
系统程序主要包括主程序和定时器中断服务程序。主程序含有系统初始化、数据采集和数据处理两部分。系统初始化主要是针对系统的将使用的功能进行配置，包括系统时钟、i/o端口、a/d转换、定时器、uart端口的参数设定。系统时钟选用24.5mhz的内部振荡器；使能端口交叉功能，使i/o端口具有特殊功能；设置p0.2 作为模拟量输入端，a/d转换的基准电压为内部1.5v；使能uart串口通信功能，采用8 位uart 方式，每个数据字节共使用10 位：一个起始位、8 个数据位（lsb 在先）和一个停止位，数据传输速率为9600bit/s。数据的采集和处理包括数字滤波、线性化处理和标度变换，数字滤波采用平均值滤波，连续采集256次数据，取其总和的平均值，为了获取此平均值与照度之间的对应关系，使用标准照度计进行标定，其对应关系如表1。当采样值落于表1中的某一区间时，对应照度值在此区间按线性计算，如公式（1）所示，如rn≤r
定时器中断服务程序主要用于显示屏定时更新和串口数据远传，根据需要可设定更新或传输的频率，对于显示屏更新一般是3次/秒；串口数据远传频率可高一些。
系统工作流程如图3所示。
4 结论
硅光电池在一定范围内线性度较好，将它作为光感传感器，以单片机作为控制器进行照度的测量，测量准确度高，通过rs-485数据传输可以实时的显示和存储相关数据，便于后期分析、处理，比如对某些生物、化学发光过程的强度进行精确测量和记录，可实现对反应物组分含量或功能的测定，对产品性能的测试和优化起着指导性作用，在医学、食品学、药理学、农业和环境科学等领域有一定的应用前景。
参考文献
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作者简介
马栋萍，女，硕士，北京联合大学教师，高级实验师，主要研究方向：物联网技术、智能仪器仪表。
基金项目
北京市属高等学校人才强教计划资助项目（phr201108406）
