基于89C51的光通测量仪的研制

    1　概述

    在以往基于相对测量原理的光通量测量时,仪器示值(光电流)需比对计算才能得到实际光通量值,该测量过程较为繁杂,不利电光源的生产过程质量控制,基于 89C51微处理器的智能光通量测量仪可克服上述不足,并能方便与各类规格积分球配合使用,具有测量快速准确,操作简单等特点,是专门针对电光源生产厂家 要对电光源进行方便、快速、准确测量的情况研制。

    仪器由积分球(包括传感器)和主机两部分组成。把光源置于积分球内,光源光经球壁多次反射后变成均匀的漫射光,积分球内各点照度相等,在积分球内任意 一点的光照度与光源的光通量成正比,设积分球的半径为R,球内壁反射率为ρ,在球内任意一点A上的光照度E可表示为:

将待测光源置于积分球内,光电传感器接收到光信号并转换为电信号,经放大由A/D转换成数字信号,再由微处理器进行计算补偿得到待测光源的光通量值。

    2　硬件电路的设计

    本仪器具有软件外校准功能,可方便对仪器进行调校,校准时只需要两组标准光源,在测量过程中,仪器数据可通过RS232接口传送到计算机,实现由计算机进行监测和数据统计分析。其测量范围0~9999流明,测量准确度优于1%。

    该仪器测量电路由三部分组成(其结构框图见图1所示):1、模拟放大及A/D转换电路;2、微处理器为89C51型单机,3、外围接口电路(键盘、显示、数据存储器,RS-232信号输出电路等)。

    1·由于光电传感器输出光电流与入射的光照度成正比,为减少光电传感器的非线性误差,在输入级采用了由高精度运算放大器OP07构成的电流电压变换电路, 该电路具有较低的输入阻抗可保证传感器有较好的线性输出特性。电路采用12位双积分型模/数转换器ICL7109,其分辨力为1/2¹²,保证了仪器测量精度,转换速度为200ms,满足仪器要求,而其与微处理器89C51兼容性好。

    2·微处理器采用ATMEL公司的AT89C51,其集成度高、功能强大,内置4k程序存储器,有多级程序存储器加密功能。其实现对模/数转换器 ICL7109的读写控制,将A/D的转换结果进行计算修正并显示测量结果,将测量结果从RS232接口传送到外接计算机。为记录保存仪器的各数据,选用 了ATMEL公司的AT2401型数据存储器,其内置128个字节的E2PROM,可实现多次的数据擦写保存,数据保存时间长,而其与微处理器通过P1口 的P1.0和P1.1以I2C总线连接。

    3·测量结果由4位七段数码管显示,显示值为0-9999,4位功能指示灯显示分别表示设置状态、测量状态和光源状态,显示电路采用由5只74LS373 驱动的静态显示扫描电路,保证微处理器有足够资源进行复杂的运算。面板上设置4个功能键(“置零/+”,“打印/—”,“查询/”,《“设置”》,按键设 计成多功能键,在测量状态和设置状态下实现不同功能,键盘采用查询式键盘电路。