基于單片機的紫外線檢測儀的設計

摘 要：近年來，由于平流層臭氧遭到日趨嚴重的破壞，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障，當紫外線指數大于等于6時，應盡量避免外出，因為此時的紫外線輻射具有傷害性，因此隨時隨地了解紫外線指數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度進行實時采集，送入A/D轉換電路進行轉換，數據處理端采用STC12C5A60S2單片機進行A/D轉換和數據處理，并用LCD1602液晶顯示模塊進行顯示當前的紫外線指數，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。

關鍵詞：紫外線指數；紫外線傳感器；A/D轉換；STC12C5A60S2單片機

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，但過多的紫外線進入體內會對人體皮膚造成傷害。近年來隨著人類工業的快速發展，環境不斷惡化，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度就會增加百分之二，而皮膚癌的發病率也會隨之上升，大氣中的紫外線越來越威脅到人們的身體健康，隨時隨地的了解紫外線指數也變得尤為重要。文章主要針對以上問題，設計出一款紫外線強度檢測儀，能夠顯示當前的紫外線指數值，當紫外線指數為6或以上時，就要采取最適宜的防曬措施，防止強烈的紫外線危害人們的健康。

1 總體設計

本設計的紫外線檢測儀主要由數據采集模塊，數據處理模塊和數據顯示模塊構成。首先通過紫外線傳感器模塊，感受所接收到的紫外線光，再把即時檢測到的紫外線轉換為電信號，送給STC12C5

A60S2單片機，通過軟件設置使用單片機自帶的A/D轉換裝置把得到的電壓值進行轉換并處理，最后通過LCD1602液晶將實時數據顯示在液晶屏上。

2 硬件描述

2.1 單片機

本設計采用深圳宏晶科技有限公司生產的STC12C5A60AD系列單片機。目前中國的51單片機市場上，STC系列單片機具有很強的競爭力，因為它的片內擁有大容量的FLASH工藝程序存儲器，并且與8051單片機的管腳、指令完全兼容。STC12C5A60S2單片機內部就自帶高達60K的 FLASH ROM，當需要重新寫入程序時，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對于開發設備的要求變得很低，而且開發時間也能夠縮短很多。在有必要的時候還能對寫入單片機內的程序進行加密，防止其他人通過特殊手段輕易獲取自己的成果。在價格方面，STC12C5A60S2單片機與市場上傳統的51單片機相差不大，是一款性價比很高的單片機。

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變為電信號的電子器件，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，即不需要串聯電池，當光源照射時，傳感器就相當于一個小電池，能夠輸出電壓值。另一種是光導模式，即傳感器相當于一個光敏電阻，電阻值會隨著光照強度的變化而變化。

本設計的紫外線傳感器采用UV紫外線傳感器模塊，是一種光導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的場合所設計，檢測UV波長為200-370nm，對照世界衛生組織紫外線指數分級標準，具有響應極快，全互換性，線性電壓信號輸出的特點。該紫外線傳感器對外有三個引腳，一個接5V電源，一個接地，一個是信號輸出。當紫外線照射在傳感器上面時，根據光照強度的不同，傳感器會輸出一個模擬信號的電壓值。

2.3 液晶顯示屏

本設計采用LCD1602液晶顯示屏來實時顯示紫外線強度。液晶顯示是單片機應用系統的一種常用人機接口形式，體積小，重量輕，功耗低。字符型LED顯示器在市場上已經規范化，其點特性以及接口特性基本相似。

3 程序設計

本設計的軟件部分包括A/D轉換、轉換結果處理、顯示結果三部分。首先控制單片機內部的A/D轉換器對紫外線傳感器輸入的電壓值進行A/D轉換，再根據電壓值的大小，對比國際紫外線強度劃分等級，將AD轉換結果變為不同的紫外線等級，然后控制LCD1602顯示最后結果。

3.1 A/D轉換

STC12C5A60S2單片機自帶A/D轉換功能，要使用時只需要通過軟件設置即可。STC12C5A60S2單片機的A/D轉換通道與P1口復用，當某個口作為A/D轉換通道使用時，需要先把P1ASF特殊功能寄存器中與此通道相對應的位置設置為“1”，將相應的口設置為模擬功能，再設置ADC控制寄存器中的相應標志位即可控制A/D轉換器工作。

3.2 控制程序

控制程序包括對A/D轉換器的初始化和數據處理。根據世界衛生組織發布的標準，將紫外線等級分為十一個等級，紫外線傳感器根據輸出電壓的不同，分別對照相應等級的紫外線指數。當輸出電壓增大時，表示紫外線指數等級也在升高，二者之間存在近似的線性關系，對這些信號做數字處理時，則需要準確的數值，紫外線傳感器輸出電壓單位為mV，其值與紫外線指數關系為（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的驅動主要包括LCD初始化、寫命令，寫數據。

4 系統集成

本設計的硬件部分采用萬用板放置元件，導線連接，軟件的開發環境為KILL 51，最終生成二進制文件。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硬件的接口是否在軟件程序中一一對應，因為軟件的編寫都是根據各個模塊進行的，接下來檢測所編寫的軟件有沒有知識性的錯誤。因為使用的STC單片機在KILL 51內找不到對應的芯片，需要在官網上找到相應的文件添加進KILL 51內。軟硬件完成之后，使用下載器將生成的二進制文件燒進單片機內。

系統上電以后，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，將本系統置于環境中，能夠顯示當時的紫外線指數。當紫外線等級為6或以上時，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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