基于单片机的紫外线检测仪的设计

龙源期刊网 基于单片机的紫外线检测仪的设计作者：张盼盼 李英华来源：科技创新与应用2016年第27期摘 要：近年来，由于平流层臭氧遭到日趋严重的破坏，地面接受的紫外线辐射量增多，过多地遭受紫外线辐射后容易引起皮肤癌和白内障，当紫外线指数大于等于6时，应尽量避免外出，因为此时的紫外线辐射具有伤害性，因此随时随地了解紫外线指数对于人们来说变得尤为重要。文章通过UV紫外线传感器对紫外线强度进行实时采集，送入A/D转换电路进行转换，数据处理端采用STC12C5A60S2单片机进行A/D转换和数据处理，并用LCD1602液晶显示模块进行显示当前的紫外线指数，能够使得公众采取最适宜的出行和防晒措施，确保皮肤不会受到大的伤害。关键词：紫外线指数；紫外线传感器；A/D转换；STC12C5A60S2单片机引言阳光中有大量的紫外线，紫外线的存在给人们带来了许多便利和帮助，但过多的紫外线进入体内会对人体皮肤造成伤害。近年来随着人类工业的快速发展，环境不断恶化，大气臭氧层的总量正在逐年减少，国家气象中心有报告指出，大气中的臭氧层每减少百分之一，地面所接收到的紫外线强度就会增加百分之二，而皮肤癌的发病率也会随之上升，大气中的紫外线越来越威胁到人们的身体健康，随时随地的了解紫外线指数也变得尤为重要。文章主要针对以上问题，设计出一款紫外线强度检测仪，能够显示当前的紫外线指数值，当紫外线指数为6或以上时，就要采取最适宜的防晒措施，防止强烈的紫外线危害人们的健康。1 总体设计本设计的紫外线检测仪主要由数据采集模块，数据处理模块和数据显示模块构成。首先通过紫外线传感器模块，感受所接收到的紫外线光，再把即时检测到的紫外线转换为电信号，送给STC12C5A60S2单片机，通过软件设置使用单片机自带的A/D转换装置把得到的电压值进行转换并处理，最后通过LCD1602液晶将实时数据显示在液晶屏上。2 硬件描述2.1 单片机本设计采用深圳宏晶科技有限公司生产的STC12C5A60AD系列单片机。目前中国的51单片机市场上，STC系列单片机具有很强的竞争力，因为它的片内拥有大容量的FLASH工艺程序存储器，并且与8051单片机的管脚、指令完全兼容。STC12C5A60S2单片机内部就自带高达60K的 FLASH ROM，当需要重新写入程序时，可瞬间擦除。这样的存储器对于用户来说非常方便。能够通过串行口烧写程序使得这一单片机对于开发设备的要求变得很低，而且开发时间也能够缩短很多。在有必要的时候还能对写入单片机内的程序进行加密，防止其他人通过特殊手段轻易获取自己的成果。在价格方面，STC12C5A60S2单片机与市场上传统的51单片机相差不大，是一款性价比很高的单片机。2.2 紫外线传感器紫外线传感器是利用光敏元件将紫外线光信号转变为电信号的电子器件，目前市场上存在的紫外线传感器大致分为两种，一种是光伏模式，即不需要串联电池，当光源照射时，传感器就相当于一个小电池，能够输出电压值。另一种是光导模式，即传感器相当于一个光敏电阻，电阻值会随着光照强度的变化而变化。本设计的紫外线传感器采用UV紫外线传感器模块，是一种光导模式的紫外线传感器。UV紫外线传感器专为需要高可靠性和精确测量紫外线指数的场合所设计，检测UV波长为200-370nm，对照世界卫生组织紫外线指数分级标准，具有响应极快，全互换性，线性电压信号输出的特点。该紫外线传感器对外有三个引脚，一个接5V电源，一个接地，一个是信号输出。当紫外线照射在传感器上面时，根据光照强度的不同，传感器会输出一个模拟信号的电压值。2.3 液晶显示屏本设计采用LCD1602液晶显示屏来实时显示紫外线强度。液晶显示是单片机应用系统的一种常用人机接口形式，体积小，重量轻，功耗低。字符型LED显示器在市场上已经规范化，其点特性以及接口特性基本相似。3 程序设计本设计的软件部分包括A/D转换、转换结果处理、显示结果三部分。首先控制单片机内部的A/D转换器对紫外线传感器输入的电压值进行A/D转换，再根据电压值的大小，对比国际紫外线强度划分等级，将AD转换结果变为不同的紫外线等级，然后控制LCD1602显示最后结果。3.1 A/D转换STC12C5A60S2单片机自带A/D转换功能，要使用时只需要通过软件设置即可。STC12C5A60S2单片机的A/D转换通道与P1口复用，当某个口作为A/D转换通道使用时，需要先把P1ASF特殊功能寄存器中与此通道相对应的位置设置为“1”，将相应的口设置为模拟功能，再设置ADC控制寄存器中的相应标志位即可控制A/D转换器工作。3.2 控制程序控制程序包括对A/D转换器的初始化和数据处理。根据世界卫生组织发布的标准，将紫外线等级分为十一个等级，紫外线传感器根据输出电压的不同，分别对照相应等级的紫外线指数。当输出电压增大时，表示紫外线指数等级也在升高，二者之间存在近似的线性关系，对这些信号做数字处理时，则需要准确的数值，紫外线传感器输出电压单位为mV，其值与紫外线指数关系为（0-50）-0，（50-227）-1，（227-318）-2，（318-408）-3，（408-503）-4，（503-606）-5，（606-696）-6，（696-795）-7，（795-881）-8，（881-976）-9，（976-1079）-10，（1079-1170）-11。3.3 液晶显示对LCD1602的驱动主要包括LCD初始化、写命令，写数据。4 系统集成本设计的硬件部分采用万用板放置元件，导线连接，软件的开发环境为KILL 51，最终生成二进制文件。对硬件的检测主要是对照原理图，观察各处焊接的元件位置是否正确，焊接点是否有虚焊，部分焊接电路可以用万用表检测是否通电。软件部分的检测要先确认硬件的接口是否在软件程序中一一对应，因为软件的编写都是根据各个模块进行的，接下来检测所编写的软件有没有知识性的错误。因为使用的STC单片机在KILL 51内找不到对应的芯片，需要在官网上找到相应的文件添加进KILL 51内。软硬件完成之后，使用下载器将生成的二进制文件烧进单片机内。系统上电以后，使用紫外线光源照射紫外线传感器，能够在液晶显示器上显示出不同的紫外线指数，将本系统置于环境中，能够显示当时的紫外线指数。当紫外线等级为6或以上时，就要采取最适宜的防晒措施了，如穿长袖衬衣、戴墨镜、打遮阳伞（可选用有防紫外线功能的伞）、涂抹防晒油等，防止强烈的紫外线危害人的健康，确保皮肤不会受到大的伤害。参考文献1国家气象局.紫外线指数预报业务服务暂行规定S.北京气象出版社，2000：4-8.2王项南，王晶，李超.紫外线测量技术J.海洋技术，2007（2）：11-13.3赵小兰，等.太阳光紫外线的强度检测技术研究J.电子测量技术，2008.4王项南.紫外线测量技术J.海洋技术，2002.5康华光.电子技术基础（模拟部分）M