一種基于單片機(jī)的多路光照強(qiáng)度測量電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于單片機(jī)的多路光照強(qiáng)度測量電路，包括單片機(jī)和N個光照強(qiáng)度傳感器；光照強(qiáng)度傳感器采用BH1750FVI傳感器，光照強(qiáng)度傳感器具有串行時鐘端和串行數(shù)據(jù)端；第1、2、3...N光照強(qiáng)度傳感器的串行時鐘端與第一數(shù)控選通模塊的第1、2、3...N輸入端對應(yīng)連接；第1、2、3...N光照強(qiáng)度傳感器的串行數(shù)據(jù)端與第二數(shù)控選通模塊的第1、2、3...N輸入端對應(yīng)連接。本實用新型具有光照強(qiáng)度測量精度高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，并且能同時對多路光照強(qiáng)度信號進(jìn)行采集、測量的優(yōu)點。
【專利說明】
一種基于單片機(jī)的多路光照強(qiáng)度測量電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種光照強(qiáng)度測量電路，具體是一種能夠采集多路光照強(qiáng)度傳感器信號的測量電路，屬于環(huán)境監(jiān)測儀器設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]最為常見的光照強(qiáng)度監(jiān)測是依靠光敏電阻為傳感元件，光敏電阻的光電流與光照度之間的關(guān)系稱為光電特性，的光電特性呈非線性，不能實現(xiàn)光照強(qiáng)度的精確監(jiān)測，因此光敏電阻只能作為開關(guān)式光電傳感器在自動控制應(yīng)用。
[0003]應(yīng)用光敏電阻時需要用AD轉(zhuǎn)換電路將其信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，電路設(shè)計不夠簡化，并且會因此引入誤差。
[0004]此外目前BH1750FVI傳感器逐步被大量使用，16位高精度數(shù)字光照強(qiáng)度傳感器BH1750FVI為I2C總線接口數(shù)字型光照強(qiáng)度傳感器，內(nèi)部集成有運(yùn)放單元和AD單元，相對光敏電阻具有更高的測量準(zhǔn)確度，并且可以與微控制器直接接口。以上所介紹的是進(jìn)行單路光照強(qiáng)度采集的情況。
[0005]在某些應(yīng)用領(lǐng)域卻需要進(jìn)行多路光照強(qiáng)度測量，例如:很多情況下路燈的亮度不能隨著環(huán)境亮度的改變而改變，導(dǎo)致電資源浪費，為了克服這一缺陷，路燈控制器需要根據(jù)實際環(huán)境的亮度來確定燈的亮滅時間以及燈的亮度能夠隨環(huán)境的變化而變化，這就需要進(jìn)行光照強(qiáng)度的測量，但是路燈往往設(shè)置位置分散，各個路燈所處環(huán)境亮度不同，路燈控制器如果要對多個路燈進(jìn)行集中監(jiān)控的話就必須實現(xiàn)多路光照強(qiáng)度采集。
[0006]但是通常一塊微處理器只通過I2C總線接口掛接一片BH1750FVI傳感器，在需要進(jìn)行多路光照強(qiáng)度采集時便難以滿足應(yīng)用需求(單片機(jī)需要耗費兩個1才來實現(xiàn)與一片BH1750FVI傳感器連接，單片機(jī)難以提供數(shù)量過多的1用作采集光照強(qiáng)度信號)。綜上所述，使用BH1750FVI傳感器和微控制器實現(xiàn)多路光照強(qiáng)度采集在現(xiàn)有技術(shù)中還較少見。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本實用新型的目的是:怎樣提供一種光照強(qiáng)度測量精度高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，并且能同時對多路光照強(qiáng)度信號進(jìn)行采集、測量的光照強(qiáng)度測量電路。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用了以下的技術(shù)方案。
[0009]—種基于單片機(jī)的多路光照強(qiáng)度測量電路，其特征在于:包括單片機(jī)和N個光照強(qiáng)度傳感器；
[0010]所述光照強(qiáng)度傳感器采用BH1750FVI傳感器，所述光照強(qiáng)度傳感器具有串行時鐘端和串行數(shù)據(jù)端；
[0011]第1、2、3...N光照強(qiáng)度傳感器的串行時鐘端與第一數(shù)控選通模塊的第1、2、3...N輸入端對應(yīng)連接；
[0012]第1、2、3...N光照強(qiáng)度傳感器的串行數(shù)據(jù)端與第二數(shù)控選通模塊的第1、2、3...N輸入端對應(yīng)連接；
[0013]第一數(shù)控選通模塊的輸出端與單片機(jī)的第一輸入口相連接；
[0014]第二數(shù)控選通模塊的輸出端與單片機(jī)的第二輸入口相連接；
[0015]第一數(shù)控選通模塊的數(shù)控選通端與單片機(jī)的第一輸出口相連接；
[0016]第二數(shù)控選通模塊的數(shù)控選通端與單片機(jī)的第二輸出口相連接；
[0017]第一數(shù)控選通模塊的輸入端口個數(shù)均為M個，第二數(shù)控選通模塊的輸入端口個數(shù)均為M個，其中M 2 N。
[0018]進(jìn)一步的，所述單片機(jī)采用MSP430G2553芯片。
[0019]相比現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型具有如下優(yōu)點:
[0020]本實用新型利用冊1750FVI傳感器進(jìn)行光照強(qiáng)度檢測，由于BH1750FVI傳感器內(nèi)部集成有運(yùn)放單元和AD單元，避免AD芯片所引入的誤差，因此相比光敏電阻為檢測傳感器的技術(shù)方案具有測量精度高的優(yōu)點，并且由于省去了AD芯片也使得設(shè)計得到簡化。
[0021]本實用新型利用兩個數(shù)控選通模塊和單片機(jī)相互配合對多路光照強(qiáng)度傳感器輸出信號(光照強(qiáng)度傳感器串行時鐘端和串行數(shù)據(jù)端的輸出信號)進(jìn)行輪流選通，這樣雖然增加了兩個數(shù)控選通模塊，但是卻實現(xiàn)了多路光照強(qiáng)度檢測，并且節(jié)約了核心控制器單片機(jī)寶貴的端口資源。
【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型的電路結(jié)構(gòu)圖；
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0024]如圖1所示，本實用新型多路光照強(qiáng)度測量電路由單片機(jī)、第一數(shù)控選通模塊、第二數(shù)控選通模塊和N個光照強(qiáng)度傳感器所構(gòu)成。
[0025]單片機(jī)采用普通低成本單片機(jī)即可(例如MSP430G2553芯片)。
[0026]第一數(shù)控選通模塊和第二數(shù)控選通模塊的實現(xiàn):在CPLD芯片內(nèi)部利用原理圖設(shè)計方式調(diào)用多路數(shù)據(jù)選擇器即可實現(xiàn)，例如將其設(shè)計為8輸入的數(shù)據(jù)選擇器，則需要據(jù)有A、B和C三個二進(jìn)制數(shù)控選通端，三位二進(jìn)制信號可以選通8通道中的一個通道，連接該輸入端至輸出。也即是一片CPLD芯片即可實現(xiàn)第一數(shù)控選通模塊和第二數(shù)控選通模塊，換言之，該部分電路設(shè)計為:本實用新型包括CPLD芯片，CPLD芯片內(nèi)設(shè)置有第一數(shù)控選通模塊和第二數(shù)控選通模塊，第一數(shù)控選通模塊和第二數(shù)控選通模塊均為多路數(shù)據(jù)選擇器，第一數(shù)控選通模塊和第二數(shù)控選通模塊的輸入路數(shù)為8。
[0027]數(shù)字型環(huán)境光強(qiáng)度傳感器BH1750FVI是日本RHOM株式會社推出的一種兩線式串行總線接口的集成電路，可以根據(jù)收集的光線強(qiáng)度數(shù)據(jù)來進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測，其具有較高分辨率，可支持較大范圍的光照強(qiáng)度變化檢測。其基本工作原理是:外部光照被接近人眼反應(yīng)的高精度光敏二極管PD探測到后，通過集成運(yùn)算放大器將ro電流轉(zhuǎn)換為PD電壓，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器獲取16位數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，微控制器通過相應(yīng)的指令操作即可讀取出內(nèi)部存儲的光照數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸使用標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線。
[0028]本實用新型具體電路連接關(guān)系是:每個光照強(qiáng)度傳感器都具有串行時鐘端和串行數(shù)據(jù)端。第1、2、3...N光照強(qiáng)度傳感器的串行時鐘端與第一數(shù)控選通模塊的第1、2、3...N輸入端對應(yīng)連接;第1、2、3...N光照強(qiáng)度傳感器的串行數(shù)據(jù)端與第二數(shù)控選通模塊的第1、2、3...N輸入端對應(yīng)連接;N的數(shù)量通常不超過8，因此第一數(shù)控選通模塊和第二數(shù)控選通模塊均設(shè)置為8選I數(shù)據(jù)選擇器即可滿足應(yīng)用需求。
[0029]第一數(shù)控選通模塊和第二數(shù)控選通模塊的輸出端均與單片機(jī)的輸入口相連接(當(dāng)然是分別與不同的單片機(jī)的輸入口相連接，當(dāng)然在I2C通信過程中單片機(jī)也會向光強(qiáng)度傳感器發(fā)送時序控制信號，這里所說的單片機(jī)的輸入口實質(zhì)上是單片機(jī)10)。每個光強(qiáng)度傳感器BH1750FVI由3.3V電源供電。
[0030]本實用新型工作原理如下:
[0031]單路傳感器信號測量原理為:外部光照被接近人眼反應(yīng)的高精度光敏二極管ro探測到后，通過集成運(yùn)算放大器將ro電流轉(zhuǎn)換為ro電壓，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器獲取16位數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，光數(shù)據(jù)被存儲在傳感器內(nèi)數(shù)據(jù)寄存器中，單片機(jī)通過I2C總線將數(shù)據(jù)讀出后要進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，把每位數(shù)據(jù)換算出來(也即得到光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)的個、十、百、千、萬各位數(shù)據(jù))，然后用于其他程序調(diào)用，例如將數(shù)據(jù)用于在液晶顯示器上進(jìn)行顯示，或者用于判斷是否開啟或者關(guān)閉某個路燈。
[0032](二)多路信號的同時測量
[0033]單片機(jī)向第一數(shù)控選通模塊和第二數(shù)控選通模塊的A、B和C三個二進(jìn)制數(shù)控選通端均輸入相同的選通信號000時，第一數(shù)控選通模塊的第I輸入端便與第一數(shù)控選通模塊輸出端連通，第二數(shù)控選通模塊的第I輸入端便與第二數(shù)控選通模塊輸出端連通，那么第I光照強(qiáng)度傳感器的串行時鐘端便與單片機(jī)的第一輸入口相連通，類似的，此時第I光照強(qiáng)度傳感器的串行數(shù)據(jù)端也與單片機(jī)的第二輸入口相連通;第I光照強(qiáng)度傳感器與單片機(jī)實現(xiàn)I2C總線連接，后續(xù)處理與前述單路光照強(qiáng)度信號處理過程相同，此處不再贅述。
[0034]以此類推當(dāng)單片機(jī)向兩個數(shù)控選通模塊的A、B和C三個二進(jìn)制數(shù)控選通端均輸入選通信號001時，數(shù)控選通模塊的第2輸入端便與數(shù)控選通模塊輸出端連通，直至當(dāng)單片機(jī)向數(shù)控選通模塊的A、B和C三個二進(jìn)制數(shù)控選通端均輸入選通信號111時:數(shù)控選通模塊的第8輸入端便與數(shù)控選通模塊輸出端連通。也即是每個光照強(qiáng)度傳感器分時段輪流與單片機(jī)實現(xiàn)I2C總線連接，由于供給數(shù)控選通模塊的數(shù)控選通端信號輪換速度較快，并且CPLD為純硬件芯片對信號的處理速度和工作穩(wěn)定性都較高，因此完全可以實現(xiàn)較短時間內(nèi)完成多路信號的測量。
[0035](三)本實用新型的使用
[0036]本實用新型可以在其他智能系統(tǒng)中被作為一個核心模塊使用，例如在智能路燈控制器中，將各個光照強(qiáng)度傳感器設(shè)置在各個光線環(huán)境差異較大的路燈處，本實用新型便可對較大區(qū)域內(nèi)的各個路燈所處小范圍的光照強(qiáng)度進(jìn)行集中監(jiān)測，所得數(shù)據(jù)可以用于作為控制路燈亮滅或者發(fā)光亮度的參考依據(jù)。
[0037]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本實用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項】
1.一種基于單片機(jī)的多路光照強(qiáng)度測量電路，其特征在于:包括單片機(jī)和N個光照強(qiáng)度傳感器； 所述光照強(qiáng)度傳感器采用BH1750FVI傳感器，所述光照強(qiáng)度傳感器具有串行時鐘端和串行數(shù)據(jù)端； 第1、2、3...N光照強(qiáng)度傳感器的串行時鐘端與第一數(shù)控選通模塊的第1、2、3...N輸入端對應(yīng)連接； 第1、2、3...N光照強(qiáng)度傳感器的串行數(shù)據(jù)端與第二數(shù)控選通模塊的第1、2、3...N輸入端對應(yīng)連接； 第一數(shù)控選通模塊的輸出端與單片機(jī)的第一輸入口相連接； 第二數(shù)控選通模塊的輸出端與單片機(jī)的第二輸入口相連接； 第一數(shù)控選通模塊的數(shù)控選通端與單片機(jī)的第一輸出口相連接； 第二數(shù)控選通模塊的數(shù)控選通端與單片機(jī)的第二輸出口相連接； 第一數(shù)控選通模塊的輸入端口個數(shù)均為M個，第二數(shù)控選通模塊的輸入端口個數(shù)均為M個，其中M2N。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單片機(jī)的多路光照強(qiáng)度測量電路，其特征在于:所述單片機(jī)采用MSP430G2553芯片。
【文檔編號】G01J1/44GK205426336SQ201620208238
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月9日
【發(fā)明人】熊偉
【申請人】重慶電子工程職業(yè)學(xué)院