阿里巴巴中国站和淘宝网会员帐号体系、《阿里巴巴服务条款》升级，完成登录后两边同时登录成功。
若您长时间无法正常使用，您可以
&1688商学院基于单片机的可见光及紫外光强探测系统
查看: 782|
摘要: 随着半导体工艺技术的改进和提高，探测器芯片的体积
越变越小．灵敏度越来越高，集成的功能也越来越强。有些探
测器对信号的输出进行了线性化处理，有些直接输出数字
量。这些改进都非常有利于探测器芯片或模块与其它系统进
行组合集成，构成实用的测量仪器。例如BH750环境光强探
测器芯片．具有数字接口．可以嵌入到微型系统中，用于感知
光强变化：UVM一30紫外探测器模块．输出规格化的模拟电
压值，可以用来构成袖珍紫外预警装置。这两种探测芯片／模
块体积都非常小．其输出的电气特性决定了该芯片／模块可以
电子设计工程
Electronic Design Engineering
2013年12月
基于单片机的可见光及紫外光强探测系统
胡立群 ，陈敦军 ，张开骁。
(1．南京大学电子科学与工程学院江苏省光电信息功能材料重点实验室，江苏南京．河海大学江苏南京211100)
摘要：BH750FVI是一种具有I2C总线接口的环境光强探测芯片．UVM一30是一种具有线性电压输出的紫外线探测模
块。几乎不需要其他外围电路，采用这两种器件就可以与单片机构成一种涵盖从紫外到可见光的光强探测系统。本文
详细介绍了这两种探测器的性能特点及其与单片机STC12C5608AD的连接方式：给出了单片机对这两种探测器的控
制、光强数据的获取、以及数据显示等方法。采用具有数字接口或规格化输出的探测器构成的测量系统．结构紧凑，可
靠性和稳定性都很高。
关键词：光强探测器；I2C总线；BH750FVI；UVM一30：STC12C5608AD
中图分类号：TN98 文献标识码：A 文章编号：(81—03
The visible light and UV-light detection system based on micrOpr0cessOr
HU Li·qun ，CHEN Dun-jun ，ZHANG Kai—xiao
(1．School ofElectronic Science and Engineering，Key Laboratory ofAdvanced Photonic and Electronic Materials，Nanjing
University，Nanjing 210093，China；2．日o University，Nanjing 211100，China)
Abstract：BH750FVI is an digital Ambient Light Sensor IC for IzC bus interface，and UVM-30 is all UV light detector module
with linear vohage output．Using these two kind devices，together with a single-chip microprocessor，a light intensity detection
system，range from UV to visible light，can be made up，and other periphery circuit is hardly needed．This article describes
the two kind detectors in detail，and gives the method that connected the detectors to a single chip microprocessor
STC12C5608AD．How to control the detector and receive or display the data from the sensor is mentioned．An instrument
which is consisted of highly integrated components with digital interface or standard output is simple，stable and reliable．
Key words：light intensity detector；I2C BUS；BH750FVI；UVM-30；STC12C5608AD
随着半导体工艺技术的改进和提高，探测器芯片的体积
越变越小．灵敏度越来越高，集成的功能也越来越强。有些探
测器对信号的输出进行了线性化处理，有些直接输出数字
量。这些改进都非常有利于探测器芯片或模块与其它系统进
行组合集成，构成实用的测量仪器。例如BH750环境光强探
测器芯片．具有数字接口．可以嵌入到微型系统中，用于感知
光强变化：UVM一30紫外探测器模块．输出规格化的模拟电
压值，可以用来构成袖珍紫外预警装置。这两种探测芯片／模
块体积都非常小．其输出的电气特性决定了该芯片／模块可以
与单片机进行简单地连接．就可构成精度高、性能好、用途广
的可见光光强及紫外线强度探测系统。
1 光强探测芯片BH750FVI
BH750FVI是一款数字化的环境光探测器[11，采用I2C总
线接口和l6位串行输出。在高分辨的模式下，探测范围1—
65535LX。它具有以下特点：光谱响应范围接近人眼；测量范
围广、分辨率高；抗50／60 HZ光噪声干扰；1．8 V逻辑电平；
不依赖光源，在自炽灯、荧光灯、卤素灯、白光LED、太阳光等
收稿日期： 稿件编号：
作者简介：胡立群(1965一)，男，湖北鄂州人，高级工程师。
环境下都可测量；红外影响小；不需要外接元件；有两个芯片
地址可供选择：测量一致性好。可应用于移动电话、液晶电
视、笔记本电脑、袖珍游戏机、数码相机、导航仪等领域，用以
探测周边环境光强。
1．1 BH750FVI的内部结构
图1为BH750FVI的内部结构框图。PD：光电二极管；
AMP：集成的放大器，将光电流转换为电压；ADC：模数转换
器。将光强信号转换成16位数据；OSC：内部振荡器，典型频
率320 kHz，作为内部时钟；Logic+I2C Interface：复位控制及
I2C总线接口。
图1 BH750FVI的内部结构框图
Fig．1 Block diagram of BH750FVI internal structure
研究方向：传感器、微处理器应用及智能仪器。
《电子设计工程)2013年第24期
1．2 引脚定义
BH75OFVI引脚说明如表1所示。
表1 BH750FVI~I脚说明
Tlab．1 PInout of BH750FVI
1．3 命令集结构
BH75OFVI命令集结构如表2所示。
1．4 灵敏度设置
BH750FVI通过改变进入光学窗口的光通量，从而改变
探测灵敏度。方法是通过操作码01000_MT[7，6，51和Ol1_MT
【4，3，2，1，0]修改光闸门数据从而改变测量时间。默认光闸门
数据为(二进制编码，以下同)，高分辨模式下测量
时间对应120 ms，如果光闸门数据提高1倍，即，
则对应的灵敏度也提高1倍，同时测量时间也延长1倍。光
闸门最小数据：，最大为：1l1l_1110，在此条件下，
探测灵敏度是默认值的0．45倍和3．68倍。
1．5 BH750FVI的分辨率
在“高分辨模式” 下．1个计数对应分辨率为1／1．2 (69／
X)勒克司。
在“高分辨模式2”下，1个计数对应分辨率为1／1．2 (69／
X)『2勒克司。
表2 BH750FVI命令集结构
Tab．2 Instruction set of BH750FⅥ
其中1．2为器件系数，69(二进制)为默认光
闸门数据．X为设置的实际光闸门数据。
1．6 输出数据
每次测量后，BH750FVI通过12C输出l6位二进制数据。
对应的测量结果：16位二进制计数数据 对应分辨率：
单位：勒克司(k )。
2 紫外线传感器模块UVM一3O
UVM一30紫外线传感器模块[21，所探测的紫外线波长范
围200～370 nm，适合测量太阳紫外线强度总量。UVM一30模
块的输出电压与世界卫生组织紫外线指数分级标准相对应。
UVM一30响应快、互换性强、线形电压信号输出、小尺寸
封装，适合便携产品应用，可用于紫外线测试仪、户外阳光紫
外线监测、火焰探测等。
2．1 典型响应曲线
图2为UVM一30典型响应曲线。纵坐标为输出电压，横
坐标为紫外线指数水平。
2．2 UVM一30紫外线传感器模块的参数
工作电压DC3—5 V；输出电压DC 0—1 V(对应UV指数
图2 UVM一3O典型响应曲线
Fig．2 The typical response curve of UVM一30
0～l0级)；测试精度+-IUV指数；典型工作电流0．06 mA，最大
工作电流0．1mA；响应时间<0．5秒；年漂移率<5％ ；工作环
境温度一2O℃～85℃。
模块尺寸9 ram*9 mm*10 mm；3个引脚：l电源地、2信
号输出、3电源正。
模块上的传感器对可见光不敏感．无需再加滤光片；
受光窗口的直径约为2 mm，不要在该受光窗口上覆盖任
枷Ⅲ㈣ 瑚㈣ 瑚㈨0
胡立群，等 基于单片机的可见光及紫外光强探测系统
3 与单片机连接构成探测系统
BH750FvI具有I2C总线接口、UVM一3O具有0～1 V 的
线性电压输出，因此，几乎不需添加其它外围电路，上述两种
探测器件就可以方便地与带有AD功能的单片机连接．受单
片机控制，并将探测到的信号传给单片机。
图3为单片机STC5608AD与上述两种探测器的连接
图。单片机使用了3个I／O 口与BH750FVI连接， 完成与
BH75OFVI的信息传递。UVM一30的第2脚输出0～1 V 的
模拟电压，可以连接到单片机的1个AD输入通道(图中
的P1．4)。单片机的其他I／O 口可以用于驱动其它输入、显
VCC Yout GND
．．． ．I—
图3 单片机与BH750及UVM一30的连接电路图
Fig．3 Conneetion diagram of MCU and detector
STC12C5608AD是一款增强型兼容8051指令结构的单
片机，采用单时钟／机器周期(IT)，指令执行速度比传统的快
8～12倍。2O脚封装的STC12C5608AD带有8个通道的10位
AD转换器，最大15个功能增强的I／O 口，768字节的RAM，
8K字节的FLASH ROM．内部RC振荡器、内部复位电路等嘲。
该型单片机非常适合与上述两种探测器构成一个功能完备
的可见光光强及紫外线级数测量系统。
4 对探测器的控制和数据接收方法
4．1 单片机对BH750FVI的控制与数据接收
BH750FVI是I2C器件。I2C总线全称为芯片间总线。它在
芯片间以两根连线实现全双工同步数据传送．一条数据线
(SDA)和一条串行时钟线(SCL)t4-z。
I2C总线协议允许总线接入多个器件，总线中的器件既
可作为主控制器也可作为被控制器．既可以是发送器。也可
以是接收器。I2C总线在数据交换时．作为主控制器的器件需
要通过总线竞争获得主控权，然后才可以启动数据传输。系
统中的每个器件都具有唯一的芯片地址．数据传送时通过寻
址可以确定数据接收方。
在所建立的测量系统中，单片机为主器件，BH750FVI为
从器件。但是单片机STC12C5608AD没有IZC接口，可以用2
个I／O 口(P1．0，P1．2)模拟I2C总线SCL和SDA上的数据传
送时序。从器件BH750FvI地址可以通过ADDR引脚进行设
置，当ADDR=0时，地址0100011，当ADDR=I时，地址为
单片机模拟I2C总线时序， 通过写操作。可以对
BH750FVI进行设置和触发转换(参看1_3命令集结构)；通过
读操作，可以获得光强数据。
单片机对BH750FVI的写操作格式(Write)：
ST 启动 SLAVEADDR 从器件地址0 写 Ack
从应答Opecode 操作码 Ack 从应答sP 结束
4．2 单片机读取I VM一30模块的输出信号
与探测器BH750FVI不同，UVM一30模块输出的是规格
化的模拟电压信号，输出电压与紫外光强级数对应。在该系
统中．单片机只是单纯的从UVM一30模块中接收数据，不对
UVM一30模块进行控制。
STC5608AD有8个10位AD输入通道．信号输入范围
0～5 V，选择其中之一(P1．4)连接到UVM一30模块的信号输
出引脚(第2脚)上。
进行AD转换．涉及到单片机中以下几个特殊寄存器：
ADC— CONTR (控制寄存器)、ADC—DATA (高8位数据寄存
器)，ADC— LOW2(低2位数据寄存器)、辅助寄存器(AUXR)、
中断控制寄存器(IE)等。启动AD转换的程序代码(C语言)
P1M0=OX4； ／／将P1．4设置为高阻，作为AD输入
PlM1=0X0： ／／
AUXR l_0X10： ／／允许AD转换
IE l-0XA0； ／／允许AD转换完后产生中断
ADC— CONTR=0XCC；／／选择P1．4作为AD输入通道，并
● ● ● ● ● ●
经过540个时钟周期，AD转换结束，产生一个中断。在
中断子程序中，从ADC_DATA、ADC—LOW2中读出10位与
紫外级数对应的数据。
4．3 数据的显示
该测量系统，CPU其他的I／O口，可以驱动一个显示模
块[71，将测量结果显示在数码管或LCD屏上，或通过UART
口，将数据传送到上位机中。
文中对光强探测器芯片BH750和紫外探测模块UVM一
3O的主要性能作了较详细的介绍．给出了单片机连接与控制
这两种探测器的方法。
探测器芯片内部所集成的数字接口、或探测器模块对输
出信号进行的线性化处理．为探测器与其他控制芯片或处理
(下转第86页)
S DⅥ S乱—一 明
【r1《 】(丌
Pnn N r1《 )(『
口吾 ㈣ ㈣m I蚕
《电子设计工程)2013年第24期
机码．对整个遥测链路进行多次单向测试，通过一个校准天
线集中发送校准信号，各个站点即可进行定量的误码率测试
完成多天线集中校准。测试原理如图5所示。
图5 误码率测试原理图
Fig．5 Schematic diagram of bit ell'or ratetest
2．4 GPS跟踪
GPs定位广泛用于各种飞行目标的轨迹测量。其精度可
以很高，差分处理后，其位置精度可达3 m 以下[63。由GPs
测量的目标位置参数可计算得出目标方位、俯仰，供伺服系
统跟踪。这种方法跟踪精度高，也便于目标的快速捕获。
RTR接收机提供位、帧同步功能。通过网络发送请求可
获得同步后的数据[41。研发天线数字引导软件，利用从RTR
获得的同步后的遥测PCM 数据，提取信号中嵌入的飞机
GPS数据，解算出飞机的位置信息，从而实现遥测天线的数
字引导。其软件简要工作流程如图6所示。
图6 软件工作流程图
Fig．6 Flow chart ofthe software
本文通过解决多种信号的远程传输、多画面的集中显示
及控制等关键技术，实现了遥测接收系统的远程控制，真正
达到了一站式控制．有利于多套遥测系统的集中控制。另外
通过增加天线的集中校准和GPS引导功能。提高了工作效
率。目前，远程控制的遥测接收系统已完成了一系列的任务，
验证了该技术在飞行试验领域的实用性。
参考文献：
[1】樊昌信，徐炳祥，吴成柯．通信原理【M】．北京：国防工业出
版社．2001_
f2】中国人民解放军总装备部军事训练教材编辑工作委员会．
无线电遥测遥控(上册)【M】．北京：国防工业出版社，2001．
【3】GJT—WBlI微波光端机技术说明书【S]．中国电子科技集团
公司第三十四研究所，2011．
[4]Broadband Radio Telemetry Receiver CORTEXNT Series—
RTR USER’S MANUAL[S]．IN—SNEC，2003．
【5]郭世伟，霍建华，李铭三．多遥测天线集中校准源的设计
与应用[J]．现代电子技术，)：13—15．
GUO Shi-wei，HUO ]ian-hua，LI Ming-san． Design and
application ofmultiple telemetry antenna centralized calibration
source[J]．Mordern Electronics Technique，)：
【6J张永泰．多径效应与低仰角跟踪【J】．遥测遥控，2000，21
(2)：26-32．
ZHANG Yong-tai．Multipath propagation and low elevation
angle tracking[J]． Journal of Telemetry Tracking and
Command，)：26-32．
(上接第83页)
器的连接提供了便利。用这种类型的探测器构成的监测单元
或监测系统，结构紧凑，维护方便，可靠性和稳定性都很高。
参考文献：
【1】ROHM Co．Digital 16bit Serial Output Type Ambient Light
Sensor IC[EB／OL]．(2010)．http：／／www．rohm．corn．
【2】深圳市诚立信传感器有限公司．UVM一30紫外线传感器模
~[EB／OL]．2011．
[3】南通国芯微电子有限公司．STC12C5620AD系列单片机器
件手~-[EB／OL]．(201 1-10)http：／／www．stcmcu．com．
赵建领．51系列单片机开发宝典[M】．北京：电子工业出版
社．2007．
【5】李刚，林凌，何峰．AduC845单片机原理、开发方法及应用实
例[M】．北京：电子工业出版社，2006．
[6】童长飞．C8051F系列单片机开发与C语言编程【M】．北京：
北京航空航天大学出版社．2005．
【7]比高科技有限公司．HD7279A数据手册(第4版)[EB／OL]
http：Hwww．bitcode．com．an．
欢迎订阅2014年度《电子设计工程》(半月刊)
国内邮发代号：52—142 国际发行代号：M2996 订价：15．0O元／期360．O0元，年
- 86-】优领域 http://www.you01.com
Copyright &以下试题来自：
填空题十六进制的4BH转换成二进制是（）。
为您推荐的考试题库
您可能感兴趣的试卷
你可能感兴趣的试题
1.填空题 B2.填空题 B3.填空题 F1H4.填空题 D2H5.填空题 87H502 Bad Gateway
502 Bad Gateway