基于單片機(jī)的紫外線檢測儀的設(shè)計(jì)

摘 要：近年來，由于平流層臭氧遭到日趨嚴(yán)重的破壞，地面接受的紫外線輻射量增多，過多地遭受紫外線輻射后容易引起皮膚癌和白內(nèi)障，當(dāng)紫外線指數(shù)大于等于6時(shí)，應(yīng)盡量避免外出，因?yàn)榇藭r(shí)的紫外線輻射具有傷害性，因此隨時(shí)隨地了解紫外線指數(shù)對于人們來說變得尤為重要。文章通過UV紫外線傳感器對紫外線強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，送入A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)處理端采用STC12C5A60S2單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理，并用LCD1602液晶顯示模塊進(jìn)行顯示當(dāng)前的紫外線指數(shù)，能夠使得公眾采取最適宜的出行和防曬措施，確保皮膚不會受到大的傷害。

關(guān)鍵詞：紫外線指數(shù)；紫外線傳感器；A/D轉(zhuǎn)換；STC12C5A60S2單片機(jī)

引言

陽光中有大量的紫外線，紫外線的存在給人們帶來了許多便利和幫助，但過多的紫外線進(jìn)入體內(nèi)會對人體皮膚造成傷害。近年來隨著人類工業(yè)的快速發(fā)展，環(huán)境不斷惡化，大氣臭氧層的總量正在逐年減少，國家氣象中心有報(bào)告指出，大氣中的臭氧層每減少百分之一，地面所接收到的紫外線強(qiáng)度就會增加百分之二，而皮膚癌的發(fā)病率也會隨之上升，大氣中的紫外線越來越威脅到人們的身體健康，隨時(shí)隨地的了解紫外線指數(shù)也變得尤為重要。文章主要針對以上問題，設(shè)計(jì)出一款紫外線強(qiáng)度檢測儀，能夠顯示當(dāng)前的紫外線指數(shù)值，當(dāng)紫外線指數(shù)為6或以上時(shí)，就要采取最適宜的防曬措施，防止強(qiáng)烈的紫外線危害人們的健康。

1 總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的紫外線檢測儀主要由數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊構(gòu)成。首先通過紫外線傳感器模塊，感受所接收到的紫外線光，再把即時(shí)檢測到的紫外線轉(zhuǎn)換為電信號，送給STC12C5

A60S2單片機(jī)，通過軟件設(shè)置使用單片機(jī)自帶的A/D轉(zhuǎn)換裝置把得到的電壓值進(jìn)行轉(zhuǎn)換并處理，最后通過LCD1602液晶將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示在液晶屏上。

2 硬件描述

2.1 單片機(jī)

本設(shè)計(jì)采用深圳宏晶科技有限公司生產(chǎn)的STC12C5A60AD系列單片機(jī)。目前中國的51單片機(jī)市場上，STC系列單片機(jī)具有很強(qiáng)的競爭力，因?yàn)樗钠瑑?nèi)擁有大容量的FLASH工藝程序存儲器，并且與8051單片機(jī)的管腳、指令完全兼容。STC12C5A60S2單片機(jī)內(nèi)部就自帶高達(dá)60K的 FLASH ROM，當(dāng)需要重新寫入程序時(shí)，可瞬間擦除。這樣的存儲器對于用戶來說非常方便。能夠通過串行口燒寫程序使得這一單片機(jī)對于開發(fā)設(shè)備的要求變得很低，而且開發(fā)時(shí)間也能夠縮短很多。在有必要的時(shí)候還能對寫入單片機(jī)內(nèi)的程序進(jìn)行加密，防止其他人通過特殊手段輕易獲取自己的成果。在價(jià)格方面，STC12C5A60S2單片機(jī)與市場上傳統(tǒng)的51單片機(jī)相差不大，是一款性價(jià)比很高的單片機(jī)。

2.2 紫外線傳感器

紫外線傳感器是利用光敏元件將紫外線光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕碾娮悠骷?，目前市場上存在的紫外線傳感器大致分為兩種，一種是光伏模式，即不需要串聯(lián)電池，當(dāng)光源照射時(shí)，傳感器就相當(dāng)于一個(gè)小電池，能夠輸出電壓值。另一種是光導(dǎo)模式，即傳感器相當(dāng)于一個(gè)光敏電阻，電阻值會隨著光照強(qiáng)度的變化而變化。

本設(shè)計(jì)的紫外線傳感器采用UV紫外線傳感器模塊，是一種光導(dǎo)模式的紫外線傳感器。UV紫外線傳感器專為需要高可靠性和精確測量紫外線指數(shù)的場合所設(shè)計(jì)，檢測UV波長為200-370nm，對照世界衛(wèi)生組織紫外線指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)，具有響應(yīng)極快，全互換性，線性電壓信號輸出的特點(diǎn)。該紫外線傳感器對外有三個(gè)引腳，一個(gè)接5V電源，一個(gè)接地，一個(gè)是信號輸出。當(dāng)紫外線照射在傳感器上面時(shí)，根據(jù)光照強(qiáng)度的不同，傳感器會輸出一個(gè)模擬信號的電壓值。

2.3 液晶顯示屏

本設(shè)計(jì)采用LCD1602液晶顯示屏來實(shí)時(shí)顯示紫外線強(qiáng)度。液晶顯示是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一種常用人機(jī)接口形式，體積小，重量輕，功耗低。字符型LED顯示器在市場上已經(jīng)規(guī)范化，其點(diǎn)特性以及接口特性基本相似。

3 程序設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的軟件部分包括A/D轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換結(jié)果處理、顯示結(jié)果三部分。首先控制單片機(jī)內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器對紫外線傳感器輸入的電壓值進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再根據(jù)電壓值的大小，對比國際紫外線強(qiáng)度劃分等級，將AD轉(zhuǎn)換結(jié)果變?yōu)椴煌淖贤饩€等級，然后控制LCD1602顯示最后結(jié)果。

3.1 A/D轉(zhuǎn)換

STC12C5A60S2單片機(jī)自帶A/D轉(zhuǎn)換功能，要使用時(shí)只需要通過軟件設(shè)置即可。STC12C5A60S2單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換通道與P1口復(fù)用，當(dāng)某個(gè)口作為A/D轉(zhuǎn)換通道使用時(shí)，需要先把P1ASF特殊功能寄存器中與此通道相對應(yīng)的位置設(shè)置為“1”，將相應(yīng)的口設(shè)置為模擬功能，再設(shè)置ADC控制寄存器中的相應(yīng)標(biāo)志位即可控制A/D轉(zhuǎn)換器工作。

3.2 控制程序

控制程序包括對A/D轉(zhuǎn)換器的初始化和數(shù)據(jù)處理。根據(jù)世界衛(wèi)生組織發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)，將紫外線等級分為十一個(gè)等級，紫外線傳感器根據(jù)輸出電壓的不同，分別對照相應(yīng)等級的紫外線指數(shù)。當(dāng)輸出電壓增大時(shí)，表示紫外線指數(shù)等級也在升高，二者之間存在近似的線性關(guān)系，對這些信號做數(shù)字處理時(shí)，則需要準(zhǔn)確的數(shù)值，紫外線傳感器輸出電壓單位為mV，其值與紫外線指數(shù)關(guān)系為（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 液晶顯示

對LCD1602的驅(qū)動(dòng)主要包括LCD初始化、寫命令，寫數(shù)據(jù)。

4 系統(tǒng)集成

本設(shè)計(jì)的硬件部分采用萬用板放置元件，導(dǎo)線連接，軟件的開發(fā)環(huán)境為KILL 51，最終生成二進(jìn)制文件。對硬件的檢測主要是對照原理圖，觀察各處焊接的元件位置是否正確，焊接點(diǎn)是否有虛焊，部分焊接電路可以用萬用表檢測是否通電。軟件部分的檢測要先確認(rèn)硬件的接口是否在軟件程序中一一對應(yīng)，因?yàn)檐浖木帉懚际歉鶕?jù)各個(gè)模塊進(jìn)行的，接下來檢測所編寫的軟件有沒有知識性的錯(cuò)誤。因?yàn)槭褂玫腟TC單片機(jī)在KILL 51內(nèi)找不到對應(yīng)的芯片，需要在官網(wǎng)上找到相應(yīng)的文件添加進(jìn)KILL 51內(nèi)。軟硬件完成之后，使用下載器將生成的二進(jìn)制文件燒進(jìn)單片機(jī)內(nèi)。

系統(tǒng)上電以后，使用紫外線光源照射紫外線傳感器，能夠在液晶顯示器上顯示出不同的紫外線指數(shù)，將本系統(tǒng)置于環(huán)境中，能夠顯示當(dāng)時(shí)的紫外線指數(shù)。當(dāng)紫外線等級為6或以上時(shí)，就要采取最適宜的防曬措施了，如穿長袖襯衣、戴墨鏡、打遮陽傘（可選用有防紫外線功能的傘）、涂抹防曬油等，防止強(qiáng)烈的紫外線危害人的健康，確保皮膚不會受到大的傷害。

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