专利名称：袖珍电子照度计的制作方法
技术领域：
袖珍电子照度计属于一种光照度测量技术领域，适用于农业生产、日常生活、户外旅行时测量光照度。
背景技术：
一般常用的照度计有电子式和仪表式两种，两者主要区别是电子式的用数字显示器显示结果而后者是直接用模拟信号在仪表上显示。无论电子式还是仪表式多用于光学的科研和工业实验或照相测光，结构复杂，操作使用不便，很难适合与民用。然而今天在日常生活中有许多地方需要知道光照度的量值，比如农业中作物生长照度的选择、家庭中室内光线的调节、根据光强的强弱选择合适的户外活动时的地点和时间及选择合适的车速等。另外，常用的照度计多用含有硅光电池的光度头作为光敏元件，由于硅光电池对光的响应的光谱宽度宽于可见光部分，所以必须用滤色片滤光，滤色片的选择是很困难的，这使照度计体积和成本增加。再有，有些照度计显示的数据是其它量而非照度值，只有通过查表才能知道照度值，如中国专利“多功能电子测光器，公告号CN 2077120U”。目前的照度计通过变压器利用固定电源工作，这不适合移动使用。
实用新型内容本实用新型的目的在于，克服现有技术的不足，提出一种袖珍电子照度计，它用光敏电阻取代硅光电池作光敏元件，避免了采用光度头，精简了结构的同时减小了体积；而且用两节电池作为电源便于移动使用；采用了集成电路节省了空间。本实用新型具有经济，体积小，便于移动，反应灵敏的特点。
本实用新型的特征在于，它采用光敏电阻作为光电转换器件，它含有直流电源，依次串接在所述直流电源输出端的电压变换电路、开关、光敏电阻、测试电路、A/D转换器、译码器、显示器驱动器和显示器。
在所述开关和光敏电阻之间还串接一个延时电路，所述开关是一个滑动开关，其有一个输出端直接连接光敏电阻，用于控制电路持续接通；另一个输出端通过所述延时电路连接光敏电阻，用于短暂接通电路，第三个输出端悬空用于断开电路。
所述光敏电阻是光谱响应函数与标准明视觉函数相吻合的光敏电阻，其型号为P621。所述测试电路含有两个不同阻值的电阻，该两个电阻的一端共同通过一个选择开关连接所述光敏电阻，用于量程的选择，该两个电阻的另一端共同连接A/D转换器。所述电源是3V的直流电源。所述A/D转换器、译码器和显示器驱动器集成在一个型号为ICL7016的集成电路卡上。所述集成电路卡的反相器输出端与数字地通过一个开关相连。所述电压变换电路是型号为LTC1872的DC-DC增压变换器。
实验证明，本实用新型避免了采用光度头使结构简单，用两节电池作为电源便于移动使用，具有经济，体积小，便于移动，反应灵敏的特点，达到了预期的目的。
图1是本实用新型的原理方框图；图2是本实用新型电路原理图(1)；图3是本实用新型电路原理图(2)，其中V+连接图2中的Vout。
具体实施方式
如图1所示，本照度计采用一种光谱响应函数与标准明视觉函数相吻合的光敏电阻实现光电转换，通过测试电路采集电压信号，然后传到A/D转换器、译码器、驱动器、作处理，将测得的电压信号转换为数字信号并进行了乘法运算后输出，最后显示器显示照度值。本发明主要由电源、电压变换电路、滑动开关、延时电路、光敏电阻、测试电路、A/D转换器、译码器、驱动器、显示器组成。
在本实用新型中，A/D转换器、译码器、驱动器集成在一个型号为ICL7106的集成电路板中。结合图2和图3对本发明的工作过程进行说明，把开关K1关上，通过开关K2选择合适的量程，将本实用新型置于被测环境中，光敏电阻Rc尽量迎着光，滑动开关S滑到ON上，仪器开始工作。经过集成电路IC1(型号LTC1872)和其外围电路组成的DC-DC增压变换器，3伏的输入电压转换为稳定9伏电压输出到滑动开关S，滑动开关S有三种状态，见图2，开关拨到最上面时是断开状态，此时电路给电容C3充电；当开关拨到中间两个位置是同一种接通状态，此时电路不通过延时电路，而是直接接通；当开关拨到最下面时是另一种接通状态，此时延时电路工作，延时电路含有一个具有电压比较作用的运放D3(型号TL061)，以及三极管T1(型号9015)和T2(型号9013)。当滑动开关S处在断开状态时，电路给电容C3充电，使其正极的电压等于输入电压9伏，但是此时电路不工作。当滑动开关处于中间闭合状态，从图2中可见，滑动开关S直接通过导线输出Vout到图3的输入端。在图3中，输入电压给测试电路和集成电路IC2(型号ICL7106)供电，由于光照度的不同，光敏电阻Rc(型号P621，材料是硫化镉)的电阻值不同，测试电路中两个阻值不同的电阻R13或电阻R14，串接在光敏电阻的一端，电阻R13或电阻R14两端的电压不同，并由集成电路IC2的管脚30和31采集。电压被传到集成电路IC2中的A/D转换器，转换为数字信号，并根据管脚35和36的基准电压值作相应的乘法运算，得到相应的照度值。经过集成电路IC2中的译码器、驱动器将照度值数字信号转换为能够激活显示器中发光管的发光与否的高低电平，由管脚2至25输出到显示器P。如果想要显示器稳定显示，可以闭合K3，使管脚40(OSC1)和管脚37(TEST)短路，使集成电路IC2中的振荡器停止振荡，显示器中的显示值稳定不变。当滑动开关S处于最下面的闭合状态时，见图2，电容C3的正极经导线接运算放大器D3(型号TL601)的同相输入端，同时正电压通过导线加在三极管T1的发射极上，由图可见，运算放大器D3的第3和第2管脚分别为同相输入端、反相输入端，令两者电压分别为Va和Vb，初始状态下，Va大于Vb，因此运放D3输出高电平，使得T1和T2导通，Vout有正电压输出，接下来的实现步骤与上面的滑动开关S处在中间状态相同。过一段时间后，电容C3放电，正极电压值下降，Va不大于Vb，运放D3输出低电平，Vout没有正电压输出，电路自动断开。
对集成电路IC1和IC2的管脚说明集成电路IC1管脚1 ITH/RUN——该脚完成两个功能，作为误差放大器的补偿和运行控制输入；管脚2 GND——地脚；管脚3 VFB——从跨接在输出的电阻分压器上接收反馈信号；管脚4 SENSE-——电流比较器的负输入；管脚5 VIN和管脚6VOUT分别是电压的输入和输出端。
集成电路IC2管脚1 V+，26 V-——分别接电源的正负端；管脚32 COM——拟信号的公共端；管脚37 TEST——测试端；管脚21 BP——背电极；管脚38-40 OSC1-OSC2——时钟振荡器的引出端，通常是外界阻容元件构成两级反相式阻容振荡器；管脚35 VREF-，36VREF+——基准电压的正负端；管脚30 IN+，31 IN-——测试电压的输入端；管脚29 CAZ——外接自动调零电容；管脚28 BUF——缓冲放大器的输入端；管脚27 INT——积分器输入端；其它管脚——驱动器的输出端。
构思本实用新型的基本思想有五个，下面分别阐述。把光信号转换为电信号的思想光敏电阻是电阻随光照的强度变化而改变的敏感元件，光敏电阻的暗电阻非常大，因此电路中的暗电流很小，可认为断路，当有光照射时，电阻明显变小，回路中有电流，而且光敏电阻对不同的光谱段的光效率不同，所以可以选择光谱响应函数与人的明视觉函数非常接近的光敏电阻，用于可见光的光电转换。光敏电阻能把光信号转换为电信号，由于光敏电阻的电阻和照到其上面的照度成倒数关系，所以不能测电阻而应测电流，又由于回路中的电流很小不易测量，所以改为测与光敏电阻串连的分压电阻(R13和R14)的电压从而算出电流值，这部分具体电路见附图3。电信号的处理的思想测得的电压值传入集成电路IC2，首先经过A\D转换器，在其中将电压信号转换为数字信号并根据基准电压值作乘法运算，不同的基准电压相当于给电压乘上不同的系数，经过标定找到合适基准电压，这样从A\D转换器输出的是照度的数字信号，再经过译码器和驱动器把照度值转换为显示器可以显示的驱动信号由管脚2-25输出到显示器P。针对电源的设计思想本实用新型为了便于移动，采用电池作为电源。由于IC2系统的电压为9伏，至少需要六节普通电池供电，考虑到体积和经济性的需要，在电源后面加入一个放大电路，放大倍数为3，此电路主要利用DC-DC增压变换器集成电路IC1实现，这样只要二节普通电池就可以工作。针对延时电路的设计思想为了省电及保护显示器P，在放大电路后加入一个延时电路，用来自动断开电路，当滑动开关S处在最下面的闭合状态时延时电路也开始工作，在一段时间后延时电路中的T2断开，电路断开。针对稳定显示的思想集成电路IC2的时钟震荡器是由两个反向器和外接阻容元件构成，集成电路IC2第40脚(OSC1)接反向器的输入端。如果在测试的过程中利用一开关K3与37脚(TEST)短路，那么反相器的输入端就接上固定的电平——数字地，振荡器立刻停振，进而使记数器、A/D转换器等全部停止工作。因此，液晶显示器的公共电极(BP)上的方波电压随着消失，此外译码器输出的电平不会改变，显示字型不会改变。
权利要求1.袖珍电子照度计，其特征在于，它采用光敏电阻作为光电转换器件，它含有直流电源，依次串接在所述直流电源输出端的电压变换电路、开关、光敏电阻、测试电路、A/D转换器、译码器、显示器驱动器和显示器。
2.如权利要求1所述的袖珍电子照度计，其特征在于，在所述开关和光敏电阻之间还串接一个延时电路，所述开关是一个滑动开关，其有一个输出端直接连接光敏电阻，用于控制电路持续接通；另一个输出端通过所述延时电路连接光敏电阻，用于短暂接通电路，第三个输出端悬空用于断开电路。
3.如权利要求1或2所述的袖珍电子照度计，其特征在于，所述光敏电阻是光谱响应函数与标准明视觉函数相吻合的光敏电阻，其型号为P621。
4.如权利要求1或2所述的袖珍电子照度计，其特征在于，所述测试电路含有两个不同阻值的电阻，该两个电阻的一端共同通过一个选择开关连接所述光敏电阻，用于量程的选择，该两个电阻的另一端共同连接A/D转换器。
5.如权利要求1或2所述的袖珍电子照度计，其特征在于，所述电源是3V的直流电源。
6.如权利要求1或2所述的袖珍电子照度计，其特征在于，所述A/D转换器、译码器和显示器驱动器集成在一个型号为ICL7016的集成电路卡上。
7.如权利要求6所述的袖珍电子照度计，其特征在于，所述集成电路卡的反相器输出端与数字地通过一个开关相连。
8.如权利要求1或2所述的袖珍电子照度计，其特征在于，所述电压变换电路是型号为LTC1872的DC-DC增压变换器。
专利摘要袖珍电子照度计属于一种光照度测量技术领域，适用于农业生产、日常生活、户外旅行时测量光照度。它采用光敏电阻作为光电转换器件，它含有直流电源，依次串接在所述直流电源输出端的电压变换电路、开关、光敏电阻、测试电路、A/D转换器、译码器、显示器驱动器和显示器。本实用新型避免了采用光度头，直流电源仅用3V的电池即可，译码器、显示器驱动器和显示器集成在一个集成电路卡上，使其结构简单，体积小，便于移动，还具有反应灵敏等优点。
文档编号G01J1/00GK2713449SQ20042006696
公开日2005年7月27日 申请日期2004年6月11日 优先权日2004年6月11日
发明者钟北京, 王国锋 申请人:清华大学