基于STC12C5A60S2的多功能測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

硅光電池測(cè)光強(qiáng)的原理是光生伏特效應(yīng)，即它是一種直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的半導(dǎo)體器件，由硅光電池的特性曲線可知，光伏電池輸出電流比輸出電壓的線性性要好，因此在此檢測(cè)其電流特性。由實(shí)驗(yàn)測(cè)試可得室內(nèi)的光照強(qiáng)度一般為0～2500lux，此時(shí)硅光電池的輸出電流在0～0．15mA左右，在硅光電池兩端并聯(lián)一個(gè)100 Ω電阻，可得此時(shí)的輸出電壓在0～15mV左右。
為了將小信號(hào)調(diào)理為可以適合單片機(jī)處理的信號(hào)，對(duì)小信號(hào)進(jìn)行放大濾波處理。首先對(duì)小信號(hào)進(jìn)行放大處理，這里采用高輸入阻抗的差分放大器。其次，放大器輸出的信號(hào)經(jīng)過二階有源低通濾波器。最后信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)的AD口。信號(hào)調(diào)理電路如圖4所示。

(1)差放大電路
因?yàn)殡娐分蠷3=R4，R6=R8=R7=R9，故可導(dǎo)出兩級(jí)差?？傇鲆鏋椋?br />
通常，第一級(jí)增益要盡量高，第二級(jí)增益一般為1～2倍，這里第一級(jí)選擇100倍，第二級(jí)為1倍。則取R6=R7=R8=R9=10KΩ，要求匹配性好，一般用金屬膜精密電阻，阻值可在10KΩ幾百KΩ間選擇。則

先定R5，通常在1～10kΩ內(nèi)，這里取R5=1k Ω，則可由上式求得R3=99R1=49．5 kΩ。
取標(biāo)稱值51kΩ。通常R1和R2不要超過R5／2，這里選R1=R2=510Ω，用于保護(hù)運(yùn)放輸入級(jí)。
A1和A2應(yīng)選用低溫飄、高KCMRR的運(yùn)放，性能一致性要好。
(2)有源低通濾波電路
由于濾波電路的輸入輸出信號(hào)為直流信號(hào)，因此在計(jì)算時(shí)選取的截止頻率為3Hz。濾波電容C1=C2=1 μF。

由式(3)(4)可得R=53078 Ω，A0=2，所以在此取R10=R11=51k。
信號(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路后實(shí)際放大倍數(shù)A=200。而對(duì)于CO2傳感器，根據(jù)輸入信號(hào)的不同，選擇合適R3、R4，其信號(hào)調(diào)理電路的增益為80。
2．2．3 時(shí)鐘模塊
本設(shè)計(jì)選用美國Dallas公司推出的一種高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302，芯片采用SPI三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)和RAM數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘可提供秒、分、時(shí)、日、星期、月和年，一個(gè)月小與31天時(shí)可以自動(dòng)調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能。

工作電壓寬達(dá)2．5～5．5V。采用雙電源供電(主電源和備用電源)，可設(shè)置備用電源充電方式，提供了對(duì)后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。電路連接如圖5所示。

3 軟件設(shè)計(jì)
3．1 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)軟件主要包括兩部分：數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)顯示。當(dāng)系統(tǒng)上電之后，系統(tǒng)首先進(jìn)行初始化；然后判斷標(biāo)志位確定當(dāng)前是否進(jìn)行時(shí)鐘設(shè)置，如果是，則通過按鍵調(diào)節(jié)時(shí)鐘，如果否，則采集所有數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)處理；最后將采集來的數(shù)據(jù)通過LCD顯示出來。系統(tǒng)程序框圖如圖6所示。

3．2 部分檢測(cè)軟件設(shè)計(jì)
對(duì)于光照強(qiáng)度檢測(cè)和CO2濃度檢測(cè)，存在模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)化，因此需要考慮AD轉(zhuǎn)換器的精度，為了得到較準(zhǔn)確的檢測(cè)值，在此使用STC12C5A60S2自帶的10位AD轉(zhuǎn)換接口，即其精度為1／(210-1)。
對(duì)于光照強(qiáng)度檢測(cè)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路后的輸出電壓為0～3V，相應(yīng)的光照強(qiáng)度為0～2500lux，假設(shè)AD轉(zhuǎn)換后的值為A，則此時(shí)對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度為E，如式(5)。

化簡(jiǎn)得：E=(12500×A)／3069。因此，通過程序編寫可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光照強(qiáng)度的檢測(cè)。

4 結(jié)論
設(shè)計(jì)了基于STC12C5A60S2的多功能測(cè)量系統(tǒng)，通過理論分析與實(shí)際電路焊接以及相關(guān)程序的編寫，設(shè)計(jì)出了實(shí)物。通過測(cè)試實(shí)現(xiàn)了溫濕度檢測(cè)、CO2濃度檢測(cè)、室內(nèi)照度檢測(cè)、時(shí)鐘顯示的功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果良好，測(cè)量精度在實(shí)際計(jì)算誤差范圍內(nèi)。