基于C8051F007单片机的光照度变送器设计

摘 要 光照是植物生长不可或缺的因素。本文设计的光照度变送器以NH203T光照度传感器和C8051F007单片机为核心元件，具有低功耗、高灵敏度的特点。本文详细介绍了变送器的硬件和软件设计过程，并对变送器的测量精度进行了试验验证。

关键词 光照度；变送器；C8051F007单片机

中图分类号TP39 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2015）135-0162-02

0引言

在农业温室大棚、花卉养殖等领域植物生长过程中，需要对光照度进行实时监测，以满足作物生长的需要。光照度是光照强度的简称，是指光照的强弱，它以单位面积上所能接受可见光的能量来度量。光照度单位为勒克斯（Lux或Lx）。被光线均匀照射的物体，在1平方米上得到的光通量是1流明时，此时的光照度是1勒克斯，其中流明为光通量的单位。随着农业现代化技术的发展，基于微控制器的智能光照度传感器得到了越来越广泛的应用。

1变送器硬件设计

本文设计的光照度变送器（以下简称变送器）主要由光照度感应元件NH203T、微控制器C8051F007信号处理单元、RS485数据传输接口和TPS54061开关电源模块四部分组成。变送器硬件总体结构如图1所示。

1.1电源模块

变送器整机采用+24V直流稳压电源供电。通过TPS54061开关电源模块将电压降至+3.3VDC，给变送器其它模块供电。TPS54061是一款60V，200mA，同步降压直流到直流转换器，此转换器具有集成的高侧和低侧 MOSFET。电流模式控制提供了简单的外部补偿和灵活的组件选择。非开关电源电流为90?A。使用使能引脚可将关断电源电流减少至1.4?A。

1.2 C8051F007最小系统

变送器的微控制器芯片选用C8051F007单片机，C8051F007是模数混合信号系统级（SOC）单片机，基于高速8051微控制器内核，采用流水线指令结构，具有集成度高、速度快、功耗低、体积小等优点[1]。利用单片机的片内JTAG接口可直接对FLASH存储器编程。NH203T传感器的输出连接至单片机的第4管脚。系统采用11.0592MHz的外部晶振。

1.3 光照度传感

光照度感应元件采用武汉能慧科技公司的NH203T光照度传感器。NH203T具有使用寿命长、测量精度高、稳定性好等特点，可广泛用于温室、实验室、建筑、高档楼宇、工业厂房等各类室内外光线强度测量。NH203T可在3.3V到24V的宽电压范围内工作，并且功耗很低，典型值为1mA。NH203T直接输出0～2V的模拟电压信号，对应所选量程的照度。通过配置NH203T的管脚，可选择三种不同的量程。本设计采用0～20000 Lx测量范围。

1.4 RS485通讯接口

为了便于测量结果的远距离传送，提高信号的抗干扰能力，变送器采用RS485通讯接口，选用MAXIM公司的MAX3485低功耗半双工收发器。

2 变送器软件设计

光照度传感器NH203T的输出信号为模拟电压信号，C8051F007单片机采用12位的SAR ADC端口采集电压信号。ADC采样的满度电压由单片机的第3管脚VREF决定，因而转换前必须设置好VREF。ADC的转换速度最高可达100ksps，其转换时钟由系统时钟分频后提供。ADC初始化代码如下：

通过表中数据比较和偏差计算说明，在不考虑标定仪器本身误差的情况下，变送器达到了±5%以内的测量精度设计要求。由于变送器使用的是C8051F007单片机自身的12位ADC，AD值最大为4096，对于NH203T传感器100uV/ Lx的灵敏度来说，变送器达不到1Lx的分辨率，在低光照度测量时，误差比较大。如果想提高灵敏度，可以采用外接高分辨率ADC转换器的方法，但成本增加很多，所以设计时要根据应用场合和要求，综合考虑。

4结论

本变送器设计成本低，可靠性高，测量精度达到设计要求，可以满足农业种植中对于光照度的实时监测要求。变送器还可以作为智能光照度调节装置中的激励模块，控制光照度的调节。随着农业自动化进程的加快，光照度传感器的应用领域会越来越广泛。

参考文献

[1]李国辉，刘洋.基于C8051F005单片机电压数据采集[J].自动测量与控制，2007，26（10）：77-78，86.

[2]潘悦，佟为明，赵志衡.基于C8051F02x单片机的Modbus 实验系统[J].仪器仪表学报，2007，4（28）：304-306，327.