CN205719249U - 基于光敏电阻的简易照度计 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及测量光度、亮度的仪器仪表，具体为基于光敏电阻的简易照度计，包括光敏电阻信号放大电路、模数转换器ADC、微处理器和显示器；第一光敏电阻R_p1、电阻R和第二光敏电阻R _p2依次串联且连接在直流电源和地之间，仪表放大器的正输入端和负输入端分别连接在电阻R的两端，参考电压端V_REF通过第一电阻R1和直流电源连接，还通过第二电阻R2接地，仪表放大器的输出端和模数转换器ADC的输入端连接，模数转换器ADC的输出端和微处理器连接，微处理器的输出端和显示器连接。本实用新型提供了一种基于光敏电阻的简易照度计，在使测量结果具有较好准确度的同时，大大减小电路构成的复杂度，做到低成本小体积，方便后续的维护使用。

Description

基于光敏电阻的简易照度计

技术领域

本实用新型涉及测量光度、亮度的仪器仪表，具体为基于光敏电阻的简易照度计。

背景技术

照度计是一种专门测量光度、亮度的仪器仪表，所测量的光照强度(照度)是物体被照明的程度，也即物体表面所得到的光通量与被照面积之比。在照度计的设计与使用中，光检测器是十分关键的，而目前市售的光检测器成本偏高且体积较大。光检测器的敏感元件通常为硅光电池，为使得硅光电池的光谱响应与人眼相一致，需要特殊的滤光片对入射光进行修正与余弦修正，以达到光学度的测量要求。这就使得照度计的设计和构成复杂，体积较大，且可靠性不高，出现问题后排查困难。对于简易照度计的设计，虽然已有诸多的讨论和方法，但这些有的是直接基于数字照度传感器模块，体积和电路构成的复杂度上也均不理想。迄今为止，所有的简易照度计的设计均未涉及光敏电阻和AD623仪表放大器的结合使用。

发明内容

本实用新型为了解决现有的简易照度计体积庞大和电路构成复杂的问题，提供了基于光敏电阻的简易照度计。

本实用新型是采用如下的技术方案实现的：基于光敏电阻的简易照度计，包括光敏电阻信号放大电路、模数转换器ADC、微处理器和显示器；光敏电阻信号放大电路包括第一光敏电阻R_p1、电阻R、第二光敏电阻R_p2和仪表放大器，第一光敏电阻R_p1、电阻R和第二光敏电阻R_p2依次串联且连接在直流电源和地之间，仪表放大器的正输入端和负输入端分别连接在电阻R的两端，仪表放大器的电源端和直流电源连接，参考电压端V_REF通过第一电阻R1和直流电源连接，还通过第二电阻R2接地，仪表放大器的输出端和模数转换器ADC的输入端连接，模数转换器ADC的输出端和微处理器连接，微处理器的输出端和显示器连接。

本实用新型设计的光敏电阻信号放大电路中采用两只同点取光的光敏电阻与电阻R串联，使输出的光电信号达到较好的线性度，使用模数转换器ADC对光敏电阻信号放大电路输出信号U₁进行转换，最后由微处理器采集处理并通过显示模块显示光照值。

本实用新型针对目前市售照度计的体积较大、电路构成复杂、成本高昂等不足，提供一种基于光敏电阻的简易照度计的设计方法，在使测量结果具有较好准确度的同时，大大减小电路构成的复杂度，做到低成本小体积，方便后续的维护使用。

附图说明

图1为本实用新型的系统构成图。

图2为光敏电阻信号放大电路的电路原理图。

图3为电阻R两端电压与光照强度E的相关系数分析图。

图4为本实用新型的误差曲线图。

具体实施方式

基于光敏电阻的简易照度计，包括光敏电阻信号放大电路、模数转换器ADC、微处理器和显示器；光敏电阻信号放大电路包括第一光敏电阻R_p1、电阻R、第二光敏电阻R_p2和型号为AD623的仪表放大器，第一光敏电阻R_p1、电阻R和第二光敏电阻R_p2依次串联且连接在直流电源VCC和地之间，仪表放大器的正输入端和负输入端分别连接在电阻R的两端，仪表放大器的正Vs端和直流电源VCC连接，参考电压端V_REF通过第一电阻R1和直流电源VCC连接，还通过第二电阻R2接地，仪表放大器的正R_G端通过电阻R_G和负R_G端连接，仪表放大器的负Vs端接地，仪表放大器的输出端输出信号U₁且和模数转换器ADC的输入端连接，模数转换器ADC的输出端和微处理器连接，微处理器的输出端和显示器连接。

将光敏电阻信号放大电路的信号采集端设计为双光敏电阻同点采光，电阻R两端电压信号作为仪表放大器AD623的输入信号，通过对光敏电阻的光照特性的测量，可得光敏电阻的阻值R_P与光照强度E之间满足如下关系：

R_P＝28×E^-0.459[kΩ] (1)，

当R选10Ω时，R_P与R之间有：R_P>>R (2)。

经实测，电阻R两端的电压U_O与光照强度E之间有如下关系曲线，用Origin对其进行分段线性拟合，如图3所示。

K为拟合曲线的斜率，拟合所得的关系如下：

$Uo=\left\{\begin{array}{cc}15.989+26.568\&times;E& (0.4\&le;E<1.0)\\ 23.530+19.178\&times;E& (1.0\&le;E<2.0)\end{array}\right.---\left(3\right),$

其相关系数R_O的值如下：

$R_O=\left\{\begin{array}{cc}0.998& (0.4\&le;E<1.0)\\ 0.999& (1.0\&le;E<2.0)\end{array}\right.---\left(4\right),$

由上可知，在大于300lx的光照强度范围，电阻R两端的电压U_O与照度E成较好的线性相关性。

结合式(2)对图2进行分析，由电路原理可知，两只光敏电阻与电阻R串联，电阻R两端的电位始终近似地维持在直流电源VCC的一半，从而满足了AD623正常工作时对输入信号静态电位的要求。

在简易照度计构建完成后，对系统整体性能进行测试，记录并比较显示器显示的照度E_S和标准照度计测量的照度E。在具体测试时，光敏电阻信号放大电路和标准照度计放置在暗箱内，暗箱为测试提供一个密闭不透光的环境，暗箱内设置LED灯带，灯带由可调光源驱动器控制，并用于提供不同强度的平行光，标准照度计用于测量标准光照强度。

系统的绝对误差e和相对误差e_r如下式所示：

$\begin{array}{c}e=Es-E\\ e_r=\frac{(Es-E)}{E}\&times;100\%\end{array}---\left(5\right).$

将测量数据E_S和E代入上式，可得e、e_r与E的关系如图4所示。

Claims (1)

1.基于光敏电阻的简易照度计，其特征在于包括光敏电阻信号放大电路、模数转换器ADC、微处理器和显示器；光敏电阻信号放大电路包括第一光敏电阻R_p1、电阻R、第二光敏电阻R _p2和仪表放大器，第一光敏电阻R_p1、电阻R和第二光敏电阻R _p2依次串联且连接在直流电源和地之间，仪表放大器的正输入端和负输入端分别连接在电阻R的两端，仪表放大器的电源端和直流电源连接，参考电压端V_REF通过第一电阻R1和直流电源连接，还通过第二电阻R2接地，仪表放大器的输出端和模数转换器ADC的输入端连接，模数转换器ADC的输出端和微处理器连接，微处理器的输出端和显示器连接。