專利名稱：袖珍電子照度計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
袖珍電子照度計屬于一種光照度測量技術(shù)領(lǐng)域，適用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、日常生活、戶外旅行時測量光照度。
背景技術(shù)：
一般常用的照度計有電子式和儀表式兩種，兩者主要區(qū)別是電子式的用數(shù)字顯示器顯示結(jié)果而后者是直接用模擬信號在儀表上顯示。無論電子式還是儀表式多用于光學(xué)的科研和工業(yè)實驗或照相測光，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作使用不便，很難適合與民用。然而今天在日常生活中有許多地方需要知道光照度的量值，比如農(nóng)業(yè)中作物生長照度的選擇、家庭中室內(nèi)光線的調(diào)節(jié)、根據(jù)光強的強弱選擇合適的戶外活動時的地點和時間及選擇合適的車速等。另外，常用的照度計多用含有硅光電池的光度頭作為光敏元件，由于硅光電池對光的響應(yīng)的光譜寬度寬于可見光部分，所以必須用濾色片濾光，濾色片的選擇是很困難的，這使照度計體積和成本增加。再有，有些照度計顯示的數(shù)據(jù)是其它量而非照度值，只有通過查表才能知道照度值，如中國專利“多功能電子測光器，公告號CN 2077120U”。目前的照度計通過變壓器利用固定電源工作，這不適合移動使用。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種袖珍電子照度計，它用光敏電阻取代硅光電池作光敏元件，避免了采用光度頭，精簡了結(jié)構(gòu)的同時減小了體積；而且用兩節(jié)電池作為電源便于移動使用；采用了集成電路節(jié)省了空間。本實用新型具有經(jīng)濟，體積小，便于移動，反應(yīng)靈敏的特點。
本實用新型的特征在于，它采用光敏電阻作為光電轉(zhuǎn)換器件，它含有直流電源，依次串接在所述直流電源輸出端的電壓變換電路、開關(guān)、光敏電阻、測試電路、A/D轉(zhuǎn)換器、譯碼器、顯示器驅(qū)動器和顯示器。
在所述開關(guān)和光敏電阻之間還串接一個延時電路，所述開關(guān)是一個滑動開關(guān)，其有一個輸出端直接連接光敏電阻，用于控制電路持續(xù)接通；另一個輸出端通過所述延時電路連接光敏電阻，用于短暫接通電路，第三個輸出端懸空用于斷開電路。
所述光敏電阻是光譜響應(yīng)函數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)明視覺函數(shù)相吻合的光敏電阻，其型號為P621。所述測試電路含有兩個不同阻值的電阻，該兩個電阻的一端共同通過一個選擇開關(guān)連接所述光敏電阻，用于量程的選擇，該兩個電阻的另一端共同連接A/D轉(zhuǎn)換器。所述電源是3V的直流電源。所述A/D轉(zhuǎn)換器、譯碼器和顯示器驅(qū)動器集成在一個型號為ICL7016的集成電路卡上。所述集成電路卡的反相器輸出端與數(shù)字地通過一個開關(guān)相連。所述電壓變換電路是型號為LTC1872的DC-DC增壓變換器。
實驗證明，本實用新型避免了采用光度頭使結(jié)構(gòu)簡單，用兩節(jié)電池作為電源便于移動使用，具有經(jīng)濟，體積小，便于移動，反應(yīng)靈敏的特點，達到了預(yù)期的目的。


圖1是本實用新型的原理方框圖；圖2是本實用新型電路原理圖(1)；圖3是本實用新型電路原理圖(2)，其中V+連接圖2中的Vout。
具體實施方式
如圖1所示，本照度計采用一種光譜響應(yīng)函數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)明視覺函數(shù)相吻合的光敏電阻實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，通過測試電路采集電壓信號，然后傳到A/D轉(zhuǎn)換器、譯碼器、驅(qū)動器、作處理，將測得的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并進行了乘法運算后輸出，最后顯示器顯示照度值。本發(fā)明主要由電源、電壓變換電路、滑動開關(guān)、延時電路、光敏電阻、測試電路、A/D轉(zhuǎn)換器、譯碼器、驅(qū)動器、顯示器組成。
在本實用新型中，A/D轉(zhuǎn)換器、譯碼器、驅(qū)動器集成在一個型號為ICL7106的集成電路板中。結(jié)合圖2和圖3對本發(fā)明的工作過程進行說明，把開關(guān)K1關(guān)上，通過開關(guān)K2選擇合適的量程，將本實用新型置于被測環(huán)境中，光敏電阻Rc盡量迎著光，滑動開關(guān)S滑到ON上，儀器開始工作。經(jīng)過集成電路IC1(型號LTC1872)和其外圍電路組成的DC-DC增壓變換器，3伏的輸入電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定9伏電壓輸出到滑動開關(guān)S，滑動開關(guān)S有三種狀態(tài)，見圖2，開關(guān)撥到最上面時是斷開狀態(tài)，此時電路給電容C3充電；當(dāng)開關(guān)撥到中間兩個位置是同一種接通狀態(tài)，此時電路不通過延時電路，而是直接接通；當(dāng)開關(guān)撥到最下面時是另一種接通狀態(tài)，此時延時電路工作，延時電路含有一個具有電壓比較作用的運放D3(型號TL061)，以及三極管T1(型號9015)和T2(型號9013)。當(dāng)滑動開關(guān)S處在斷開狀態(tài)時，電路給電容C3充電，使其正極的電壓等于輸入電壓9伏，但是此時電路不工作。當(dāng)滑動開關(guān)處于中間閉合狀態(tài)，從圖2中可見，滑動開關(guān)S直接通過導(dǎo)線輸出Vout到圖3的輸入端。在圖3中，輸入電壓給測試電路和集成電路IC2(型號ICL7106)供電，由于光照度的不同，光敏電阻Rc(型號P621，材料是硫化鎘)的電阻值不同，測試電路中兩個阻值不同的電阻R13或電阻R14，串接在光敏電阻的一端，電阻R13或電阻R14兩端的電壓不同，并由集成電路IC2的管腳30和31采集。電壓被傳到集成電路IC2中的A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并根據(jù)管腳35和36的基準(zhǔn)電壓值作相應(yīng)的乘法運算，得到相應(yīng)的照度值。經(jīng)過集成電路IC2中的譯碼器、驅(qū)動器將照度值數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為能夠激活顯示器中發(fā)光管的發(fā)光與否的高低電平，由管腳2至25輸出到顯示器P。如果想要顯示器穩(wěn)定顯示，可以閉合K3，使管腳40(OSC1)和管腳37(TEST)短路，使集成電路IC2中的振蕩器停止振蕩，顯示器中的顯示值穩(wěn)定不變。當(dāng)滑動開關(guān)S處于最下面的閉合狀態(tài)時，見圖2，電容C3的正極經(jīng)導(dǎo)線接運算放大器D3(型號TL601)的同相輸入端，同時正電壓通過導(dǎo)線加在三極管T1的發(fā)射極上，由圖可見，運算放大器D3的第3和第2管腳分別為同相輸入端、反相輸入端，令兩者電壓分別為Va和Vb，初始狀態(tài)下，Va大于Vb，因此運放D3輸出高電平，使得T1和T2導(dǎo)通，Vout有正電壓輸出，接下來的實現(xiàn)步驟與上面的滑動開關(guān)S處在中間狀態(tài)相同。過一段時間后，電容C3放電，正極電壓值下降，Va不大于Vb，運放D3輸出低電平，Vout沒有正電壓輸出，電路自動斷開。
對集成電路IC1和IC2的管腳說明集成電路IC1管腳1 ITH/RUN——該腳完成兩個功能，作為誤差放大器的補償和運行控制輸入；管腳2 GND——地腳；管腳3 VFB——從跨接在輸出的電阻分壓器上接收反饋信號；管腳4 SENSE-——電流比較器的負(fù)輸入；管腳5 VIN和管腳6VOUT分別是電壓的輸入和輸出端。
集成電路IC2管腳1 V+，26 V-——分別接電源的正負(fù)端；管腳32 COM——擬信號的公共端；管腳37 TEST——測試端；管腳21 BP——背電極；管腳38-40 OSC1-OSC2——時鐘振蕩器的引出端，通常是外界阻容元件構(gòu)成兩級反相式阻容振蕩器；管腳35 VREF-，36VREF+——基準(zhǔn)電壓的正負(fù)端；管腳30 IN+，31 IN-——測試電壓的輸入端；管腳29 CAZ——外接自動調(diào)零電容；管腳28 BUF——緩沖放大器的輸入端；管腳27 INT——積分器輸入端；其它管腳——驅(qū)動器的輸出端。
構(gòu)思本實用新型的基本思想有五個，下面分別闡述。把光信號轉(zhuǎn)換為電信號的思想光敏電阻是電阻隨光照的強度變化而改變的敏感元件，光敏電阻的暗電阻非常大，因此電路中的暗電流很小，可認(rèn)為斷路，當(dāng)有光照射時，電阻明顯變小，回路中有電流，而且光敏電阻對不同的光譜段的光效率不同，所以可以選擇光譜響應(yīng)函數(shù)與人的明視覺函數(shù)非常接近的光敏電阻，用于可見光的光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻能把光信號轉(zhuǎn)換為電信號，由于光敏電阻的電阻和照到其上面的照度成倒數(shù)關(guān)系，所以不能測電阻而應(yīng)測電流，又由于回路中的電流很小不易測量，所以改為測與光敏電阻串連的分壓電阻(R13和R14)的電壓從而算出電流值，這部分具體電路見附圖3。電信號的處理的思想測得的電壓值傳入集成電路IC2，首先經(jīng)過A\D轉(zhuǎn)換器，在其中將電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并根據(jù)基準(zhǔn)電壓值作乘法運算，不同的基準(zhǔn)電壓相當(dāng)于給電壓乘上不同的系數(shù)，經(jīng)過標(biāo)定找到合適基準(zhǔn)電壓，這樣從A\D轉(zhuǎn)換器輸出的是照度的數(shù)字信號，再經(jīng)過譯碼器和驅(qū)動器把照度值轉(zhuǎn)換為顯示器可以顯示的驅(qū)動信號由管腳2-25輸出到顯示器P。針對電源的設(shè)計思想本實用新型為了便于移動，采用電池作為電源。由于IC2系統(tǒng)的電壓為9伏，至少需要六節(jié)普通電池供電，考慮到體積和經(jīng)濟性的需要，在電源后面加入一個放大電路，放大倍數(shù)為3，此電路主要利用DC-DC增壓變換器集成電路IC1實現(xiàn)，這樣只要二節(jié)普通電池就可以工作。針對延時電路的設(shè)計思想為了省電及保護顯示器P，在放大電路后加入一個延時電路，用來自動斷開電路，當(dāng)滑動開關(guān)S處在最下面的閉合狀態(tài)時延時電路也開始工作，在一段時間后延時電路中的T2斷開，電路斷開。針對穩(wěn)定顯示的思想集成電路IC2的時鐘震蕩器是由兩個反向器和外接阻容元件構(gòu)成，集成電路IC2第40腳(OSC1)接反向器的輸入端。如果在測試的過程中利用一開關(guān)K3與37腳(TEST)短路，那么反相器的輸入端就接上固定的電平——數(shù)字地，振蕩器立刻停振，進而使記數(shù)器、A/D轉(zhuǎn)換器等全部停止工作。因此，液晶顯示器的公共電極(BP)上的方波電壓隨著消失，此外譯碼器輸出的電平不會改變，顯示字型不會改變。
權(quán)利要求1.袖珍電子照度計，其特征在于，它采用光敏電阻作為光電轉(zhuǎn)換器件，它含有直流電源，依次串接在所述直流電源輸出端的電壓變換電路、開關(guān)、光敏電阻、測試電路、A/D轉(zhuǎn)換器、譯碼器、顯示器驅(qū)動器和顯示器。
2.如權(quán)利要求1所述的袖珍電子照度計，其特征在于，在所述開關(guān)和光敏電阻之間還串接一個延時電路，所述開關(guān)是一個滑動開關(guān)，其有一個輸出端直接連接光敏電阻，用于控制電路持續(xù)接通；另一個輸出端通過所述延時電路連接光敏電阻，用于短暫接通電路，第三個輸出端懸空用于斷開電路。
3.如權(quán)利要求1或2所述的袖珍電子照度計，其特征在于，所述光敏電阻是光譜響應(yīng)函數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)明視覺函數(shù)相吻合的光敏電阻，其型號為P621。
4.如權(quán)利要求1或2所述的袖珍電子照度計，其特征在于，所述測試電路含有兩個不同阻值的電阻，該兩個電阻的一端共同通過一個選擇開關(guān)連接所述光敏電阻，用于量程的選擇，該兩個電阻的另一端共同連接A/D轉(zhuǎn)換器。
5.如權(quán)利要求1或2所述的袖珍電子照度計，其特征在于，所述電源是3V的直流電源。
6.如權(quán)利要求1或2所述的袖珍電子照度計，其特征在于，所述A/D轉(zhuǎn)換器、譯碼器和顯示器驅(qū)動器集成在一個型號為ICL7016的集成電路卡上。
7.如權(quán)利要求6所述的袖珍電子照度計，其特征在于，所述集成電路卡的反相器輸出端與數(shù)字地通過一個開關(guān)相連。
8.如權(quán)利要求1或2所述的袖珍電子照度計，其特征在于，所述電壓變換電路是型號為LTC1872的DC-DC增壓變換器。
專利摘要袖珍電子照度計屬于一種光照度測量技術(shù)領(lǐng)域，適用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、日常生活、戶外旅行時測量光照度。它采用光敏電阻作為光電轉(zhuǎn)換器件，它含有直流電源，依次串接在所述直流電源輸出端的電壓變換電路、開關(guān)、光敏電阻、測試電路、A/D轉(zhuǎn)換器、譯碼器、顯示器驅(qū)動器和顯示器。本實用新型避免了采用光度頭，直流電源僅用3V的電池即可，譯碼器、顯示器驅(qū)動器和顯示器集成在一個集成電路卡上，使其結(jié)構(gòu)簡單，體積小，便于移動，還具有反應(yīng)靈敏等優(yōu)點。
文檔編號G01J1/00GK2713449SQ20042006696
公開日2005年7月27日 申請日期2004年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月11日
發(fā)明者鐘北京, 王國鋒 申請人:清華大學(xué)