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基于STM32的多通道照度计的设计罗志远;张涛;许骏【摘要】照度是照射在某一单位面积上的入射光总量,其大小取决于光源的发光强度,以及被照物体和光源之间的距离.适当的照度可以提高工作效率,对人产生积极的影响.介绍了一种用于信号检测的多通道照度计的设计原理和实现方法.该照度计以STM32作为微控制器,利用TSL2561芯片实现光电转换以及模数转换.通过TCA9548A芯片实现多个TSL2561与STM32连接.利用W5500以太网模块实现STM32与上位机之间的通讯.通过数据处理进一步提高测量效率,减少测量误差.实际测试结果表明:经过数据拟合进行定标后,该照度计测量误差在8%以内,可以满足在实际测量的需求,具有成本低、效率高和性能可靠等优点,可以满足工程应用中多通道光照强度快速测量的需要.【期刊名称】《传感技术学报》【年(卷),期】2019(032)004【总页数】7页(P618-624)【关键词】照度计;多通道测量;数据拟合;STM32单片机;TSL2561芯片;I2C总线【作者】罗志远;张涛;许骏【作者单位】中国科学院云南天文台,昆明650216;中国科学院大学,北京100049;中国科学院云南天文台,昆明650216;中国科学院云南天文台,昆明650216【正文语种】中文【中图分类】TH74照度计是一种测量环境光照强度的测量仪器。
照度计应用非常广泛,物理,摄影,化学,工程,天文学,天体物理学等诸多领域以及日常的生产生活都需要对照度进行测量。
目前,无论是建筑室内照明、还是机动车的内外照明、工矿企业的工作环境照明等各大照明场所基本上都需要使用照度计进行照度检测,以保证人们有更加舒适的生活工作环境,提高工作效率,减少不必要的光污染[1]。
此外,在科研领域大面积光源如积分球等的均匀性测量也会用到照度计[2]。
本设计是以国家基金面上项目“CMOS响应非均匀性实时校正系统的设计研究”为背景而展开的,在基金项目中需要对CMOS相机的性能做相应的测试,其中需要用到积分球。
基于TSL256X的光强检测的LED路灯智能控制系统方案设计作者：王长涛韩忠华来源：《数字技术与应用》2011年第08期摘要：本文提出了一种基于TSL256X的光强检测智能控制的大功率LED路灯调控系统的实现方案。
关键词：LED 光强检测 TSL256X AT89C51中图分类号: TM92 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2011)08-0159-011、引言LED（Light Emitting Diode，发光二极管）正在改变着我们的生活和工作环境。
目前，所使用的大功率LED路灯大部分都是简单的直接照明，缺少必要的智能控制。
现有的照明管理系统大都采用有线电缆控制照明灯具，对LED路灯进行调控，建设成本和运营成本都比较高。
本文所要解决的技术问题就是克服上述大功率LED路灯系统中所存在的缺陷，而提供一种低成本、智能的自动控制系统。
2、系统的硬件设计该智能控制系统以AT89C51中央控制器为核心，其它各模块均受控制器控制。
具体的来说，该控制器实现的功能如下：安装在灯具光源部分的光学传感器检测到灯具的光亮度、照度或光通量信号，经过A/D转换，转换成数字信号，输入到MCU控制器。
MCU内部经过编程，对输入的灯具工作参数进行分析判断，然后发出控制信号，控制LED恒流驱动器输出电流的大小，从而达到智能调控LED灯具的目的。
在该系统中，单片机软件系统主要完成的任务有：测量光强、控制判断、输出PWM控制信号等，其中基于TSL256X的光强检测模块为核心技术模块。
本系统的测光强模块选用TAOS公司推出的一款高速、低功耗、可编程的光强度数字转换芯片TSL256x。
该芯片是第二代周围环境光强度传感器。
其内部结构如图1所示。
从上图可知，TSL256x内部包含有两个积分式A/D转换器，用于对两个光敏二极管的电流进行积分，并且对这两个电流的积分是同时进行的。
通道0和通道1是两个光敏二极管，其中通道0对可见光和红外线都敏感，而通道1仅对红外线敏感。
DOI：10.16660/ki.1674-098X.2019.08.118基于光强感知的太阳跟踪系统设计①顾俊林 张同杰 王梓毅 杜祎倩(中国民航大学电子信息与自动化学院 天津 300300)摘 要：太阳能作为一种新兴无污染的可再生能源，近些年来受到人们的广泛关注。
太阳位置的变化会导致太阳能板表面光照强度的变化，对发电效率的影响较大。
为解决上述问题，本文设计了一种能够自动追踪太阳位置的高效率光伏充电系统。
通过光强感知模块检测太阳的实际位置来控制转台的水平与垂直方向的转动角度，调整光伏电池板使其跟随太阳位置变化而移动，实现太阳光能转化效率的最大化。
关键词：光强感知 太阳能 自动追踪中图分类号：TP212.9 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2019)03(b)-0118-02①课题来源：“中国民航大学大学生创新创业训练计划”项目研究成果（项目编号：201810059031）。
作者简介：顾俊林（1998，2—），男，汉族，江苏盐城人，本科在读，研究方向：光伏发电。
光伏发电具有清洁性、安全性、经济性以及免维护性等显著优点[1]。
目前，太阳能电池板一般采取固定安装方式，无法保证太阳光实时垂直照射，导致太阳能资源无法得到充分利用[2-3]。
为进一步提高太阳能的转换效率，本文设计了一种可以自动跟随太阳光照的装置，保证太阳能电池板所在的平面始终与太阳光线垂直，从而提高设备的发电效率。
1 系统总体架构系统总体架构如图1所示，由两个功能部分组成：光照采集部分、转台部分。
光照采集部分由光照传感器和太阳能板组成，本系统通过光照传感器对光的感知从而判断太阳垂直照射的方向，并将信息传给主控板然后通过舵机控制转台进行双轴追踪。
2 太阳光强感知模块设计本文利用光敏电阻的阻值与电压之间的变化关系检测太阳光的强度，设计的太阳光强模块如图2所示。
如图2所示，将光敏电阻与固定阻值的电阻串联并外接电压，使光照变化导致的光敏电阻阻值的变化转变成电压的变化，并将此电信号传递给控制电路用于判断和处理。
基于P89LPC936的LED室内照明控制系统作者：李晶邓琳张文君来源：《数字化用户》2013年第12期【摘要】本文介绍了一种以单片机为控制中心的室内LED照明系统，并且介绍了系统的硬件和软件设计流程。
该系统采用P89LPC936作为控制中心，利用光敏电阻器采集的室内环境亮度信号，利用声音检测模块采集的室内声音信号，利用PWM调光技术对LED进行驱动，实验表明系统稳定可行。
【关键词】LED照明控制光敏电阻 P89LPC936 声音传感器一、引言在能源危机，全球生态环境日益恶劣的情况下，节约和合理利用有效资源的形式势不可挡。
随着我国城市化进程的加快，绿色、高效、环保、长寿命的LED灯逐渐走入人们的视野。
LED作为一种绿色光源，体现我们新型社会的环保理念，是随着社会潮流发展趋势而来。
所谓绿色光源是指具有节能、环保，使用寿命长、体积小等特点。
二、控制方案设计系统采用的是光敏电阻传感器作为检测环境亮度的元件，声音检测模块检测室内的分贝数，传感器检测到的信号经过处理传送给单片机控制，经单片机处理后控制照明系统的开关和亮度。
三、系统硬件设计（一）声音检测模块设计声音检测模块电路时需要着重考虑两点：1模块应具备获得较高的灵敏度；2模块应具有一定的抗干扰能力。
经过多次的实验和数据的分析，本论文所设计的声音检测模块电路采用运放LM358和灵敏度高的话筒制成检测系统，话筒检测到音频信号后，经三极管Q1放大后再经LM358进行比较放大，适当调节精密可调电位器Rp1实现声音检测的灵敏度调节。
当话筒检测到一定强度的音频信号时，LM358的1脚输出高电平，DS2发光表明检测到音频信号。
（二）室内环境亮度检测模块光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻，值随入射光的强弱而改变的电阻器。
光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.4～0.76）μm的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。
其特点是当入射光强时，电阻会减小，入射光弱，电阻会增大。
基于TSL2561的温室智能调光系统设计摘要：光是作物生长最首要的环境因子之一。
该方案基于TSL2651数字光度传感器，通过I2C总线将光度信息传送给MCU（STC89C52）处理，根据设置的光度阀值控制遮阳网、LED灯的开启和调节LED灯亮度。
该系统设计结构简单，效率高，更加环保和节能，十分适用于温室等环境光照调节的应用。
关键词：TSL2561；调光；LED驱动；温室光照是植物生长发育的关键条件之一。
无论是阴天或由于季节变化造成光照不足还是光照强度过高都可能成为温室植物生长、发育的限制因子。
因此，对温室植物的光照度和光照时间进行一定的调节、控制是十分必要的。
我国目前主要依靠增强或减弱温室设施内的自然光照，适当进行补光，而在发达国家补光已成为重要的手段。
因此，本文选用TSL2561作为光照强度传感器，对光强度进行测量，使用遮阳网和人工补光，将人造光和自然光结合起来，实现光强的调节和控制，从而促进植物的良好生长。
1系统的构成温室智能调光系统的结构，见图1。
图1温室智能调光系统的构架本系统根据TSL2561光强度传感器采集温室的光照度信息，并将光照度信息传送到单片机并进行处理。
设置两个光度阀值：光饱和点和光适宜点。
当在光照时间内，光照度高于作物的光饱和点时，则通过继电器控制遮阳网的开启，从而降低温室的光照度；当在光照时间内，光照度低于作物的光适宜点时，则通过单片机控制LED的亮度，对温室进行人工补光，从而为作物的生长提供足够的光照，促进其生长。
2光强度采集部分光强度传感器主要用来检测周围环境的光强度，并根据环境亮度来开/关LED灯或调节其亮度值。
由于光敏二极管和光敏电阻温度特性和线性度差，本系统采用数字光强度传感器TSL2561。
TSL2561是TAOS推出的一款高速、低功耗、可编程、灵活配置的光强度数字转换芯片，具有标准的I2C总线接口，涵盖1～70000 Lx的宽强度范围，非常适合温室环境下光强度的测量。
基于光强传感器TSL256x 的感测系统设计
技术分类： 测试与测量 | 2007-01-22
来源：单片机与嵌入式系统应用 | 华中科技大学 姜连祥 汪小燕
1 TSL256x 简介
TSL2560和TSL2561是TAOS 公司推出的一种高速、低功耗、宽量程、可编程灵活配置的光强度数字转换芯片。
该芯片可广泛应用于各类显示屏的监控，目的是在多变的光照条件下，使得显示屏提供最佳的显示亮度并尽可能降低电源功耗；还可以用于街道光照控制、安全照明等众多场合。
该芯片的主要特点如下：
◇ 可编程设置许可的光强度上下阈值，当实际光照度超过该阈值时给出中断信号；
◇ 数字输出符合标准的SMBus(TSL2560)和I2C(TSL2561)
总线协议；
◇ 模拟增益和数字输出时间可编程控制；
◇ 1.25 mm ×1.75 mm 超小封装，在低功耗模式下，功耗仅为0.75 mW ；
◇ 自动抑制50 Hz/60 Hz 的光照波动。
2 TSL256x 的引脚功能
TSL256x 有2种封装形式： 6LEAD CHIPSCALE 和6LEAD TMB 。
封装形式不同，相应的光照度计算公式也不同。
图1为这两种封装形式的引脚分布图。
; 图1 TSL256x 封装 各引脚的功能如下：
脚1和脚3： 分别是电源引脚和信号地。
其工作电压范围是2.7～3.5V 。
脚2： 器件访问地址选择引脚。
由于该引脚电平不同，该器件有3个不同的访问地址。
访问地址与电平的对应关系如表1所列。
表1 器件访问地址与引脚2电平的对应关系
脚4和脚6： I2C 或SMBus 总线的时钟信号线和数据线。
脚5： 中断信号输出引脚。
当光强度超过用户编程设置的上或下阈值时，器件会输出一个中断信号。
3 TSL256x 的内部结构和工作原理
TSL256x 是第二代周围环境光强度传感器，其内部结构如图２所示。
通道0和通道1是两个光敏二极管，其中通道0对可见光和红外线都敏感，而通道1仅对红外线敏感。
积分式A/D 转换器对流过光敏二极管的电流进行积分，并转换
为数字量，在转换结束后将转换结果存入芯片内部通道0和通道1各自的寄存器中。
当一个积分周期完成之后，积分式A/D转换器将自动开始下一个积分转换过程。
微控制器和TSL2560可通过标准的SMBus( System Management Bus) V1.1或V2.0实现，TSL2561则可通过I2C总线协议访问。
对TSL256x的控制是通过对其内部的16个寄存器的读写来实现的，其地址如表2所列。
图2 TSL256x内部结构图
表2 TSL256x内部寄存器地址及作用
4 TSL256x应用设计
TSL256x的访问遵循标准的SMBus和I2C协议，这使得该芯片软硬件设计变得非常简单。
这两种协议的读写时序虽然很类似，但仍存在不同之处。
下面仅以TSL2561芯片为例，说明TSL256x光强传感器的实际应用。
4.1 硬件设计
TSL2561可以通过I2C总线访问，所以硬件接口电路非常简单。
如果所选用的微控制器带有I2C总线控制器，则将该总线的时钟线和数据线直接与TSL2561的I2C总线的SCL和SDA分别相连；如果微控制器内部没有上拉电阻，则还需要再用2个上拉电阻接到总线上。
如果微控制器不带I2C总线控制器，则将TSL2561的I2C总线的SCL和SDA与普通I/O 口连接即可；但编程时需要模拟I2C总线的时序来访问TSL2561，INT引脚接微控制器的外部中断。
硬件连接如图3所示。
图3 微控制器与TSL2561的硬件连接图
4.2 软件设计
微控制器可以通过I2C总线协议对TSL2561进行读写。
写数据时，先发送器件地址，然后发送要写的数据。
TSL2561的写操作过程如下：先发送一组器件地址；然后写命令码，命令码是指定接下来写寄存器的地址00h～0fh和写寄存器的方式，是以字节、字或块（几个字）为单位进行写操作的；最后发送要写的数据，根据前面命令码规定写寄存器的方式，可以连续发送要写的数据，内部写寄存器会自动加1。
对于I2C协议具体的读写时序，可以参考相关资料，在此不再赘述。
TSL2561的软件设计流程如图4所示。
图4 软件设计流程
限于篇幅，在此给出对TSL2561读写操作的部分程序
：
unsigned char TSL2561_write_byte( unsigned char addr, unsigned char c) {
unsigned char status="0";
status=twi_start();//开始
status=twi_writebyte(TSL2561_ADDR|TSL2561_WR);//写TSL2561地址
status=twi_writebyte(0x80|addr);//写命令
status=twi_writebyte(c);//写数据
twi_stop( );//停止
delay_ms(10);//延时10 ms
return 0;
}
unsigned char TSL2561_read_byte( unsigned char addr, unsigned char *c) {
unsigned char status="0";
status= twi_start( );//开始
status=twi_writebyte(TSL2561_ADDR|TSL2561_WR);//写TSL2561地址
status=twi_writebyte(0x80|addr);//写命令
status=twi_start( );//重新开始
status=twi_writebyte(TSL2561_ADDR|TSL2561_RD);//写TSL2561地址
status=twi_readbyte(c,TW_NACK);//写数据
twi_stop( );
delay_ms(10);
return 0;
}
当积分式A/D转换器转换完成后，可以从通道0寄存器和通道1寄存器读取相应的值CH0和CH1，但是要以Lux（流明）为单位，还要根据CH0和CH1进行计算。
对于TMB封装，假设光强为E（单位为Lux），则计算公式如下：
① 0
E=0.030 4×CH0-0.062×CH0×(CH1/CH0)1/4
② 0.50
E=0.022 4×CH0-0.031×CH1
③ 0.61
E=0.012 8×CH0-0.015 3×CH1
④ 0.80
E=0.001 46×CH0-0.001 12×CH1
⑤ CH1/CH0>1.30
E=0
对于CHIPSCALE封装，计算公式可以查看相应的芯片资料。
5 结论
采用TSL256x实现光强度实时监测的系统，具有精度高、成本低、体积小等优点。
芯片内部集成了积分式A/D转换器，采用数字信号输出，因此抗干扰能力比同类芯片强。
该芯片在光强监测控制领域已得到广泛应用。
参考文献
[1] Texas Advanced Optoelectronic Solutions Inc. TSL2560,TSL256 LIGHTTODIGITAL CONVERTER， 2005.
[2] /specs.
[3] /logic/i2c。
