基于STC12C5A60S2的多功能測量系統設計

硅光電池測光強的原理是光生伏特效應，即它是一種直接把光能轉化成電能的半導體器件，由硅光電池的特性曲線可知，光伏電池輸出電流比輸出電壓的線性性要好，因此在此檢測其電流特性。由實驗測試可得室內的光照強度一般為0～2500lux，此時硅光電池的輸出電流在0～0．15mA左右，在硅光電池兩端并聯一個100 Ω電阻，可得此時的輸出電壓在0～15mV左右。
為了將小信號調理為可以適合單片機處理的信號，對小信號進行放大濾波處理。首先對小信號進行放大處理，這里采用高輸入阻抗的差分放大器。其次，放大器輸出的信號經過二階有源低通濾波器。最后信號進入單片機的AD口。信號調理電路如圖4所示。

(1)差放大電路
因為電路中R3=R4，R6=R8=R7=R9，故可導出兩級差模總增益為：

通常，第一級增益要盡量高，第二級增益一般為1～2倍，這里第一級選擇100倍，第二級為1倍。則取R6=R7=R8=R9=10KΩ，要求匹配性好，一般用金屬膜精密電阻，阻值可在10KΩ幾百KΩ間選擇。則

先定R5，通常在1～10kΩ內，這里取R5=1k Ω，則可由上式求得R3=99R1=49．5 kΩ。
取標稱值51kΩ。通常R1和R2不要超過R5／2，這里選R1=R2=510Ω，用于保護運放輸入級。
A1和A2應選用低溫飄、高KCMRR的運放，性能一致性要好。
(2)有源低通濾波電路
由于濾波電路的輸入輸出信號為直流信號，因此在計算時選取的截止頻率為3Hz。濾波電容C1=C2=1 μF。

由式(3)(4)可得R=53078 Ω，A0=2，所以在此取R10=R11=51k。
信號經過信號調理電路后實際放大倍數A=200。而對于CO2傳感器，根據輸入信號的不同，選擇合適R3、R4，其信號調理電路的增益為80。
2．2．3 時鐘模塊
本設計選用美國Dallas公司推出的一種高性能、低功耗的實時時鐘芯片DS1302，芯片采用SPI三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發方式一次傳送多個字節的時鐘信號和RAM數據。實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小與31天時可以自動調整，且具有閏年補償功能。

工作電壓寬達2．5～5．5V。采用雙電源供電(主電源和備用電源)，可設置備用電源充電方式，提供了對后備電源進行涓細電流充電的能力。電路連接如圖5所示。

3 軟件設計
3．1 軟件系統設計
該系統軟件主要包括兩部分：數據采集和數據顯示。當系統上電之后，系統首先進行初始化；然后判斷標志位確定當前是否進行時鐘設置，如果是，則通過按鍵調節時鐘，如果否，則采集所有數據并進行相應處理；最后將采集來的數據通過LCD顯示出來。系統程序框圖如圖6所示。

3．2 部分檢測軟件設計
對于光照強度檢測和CO2濃度檢測，存在模擬量向數字量的轉化，因此需要考慮AD轉換器的精度，為了得到較準確的檢測值，在此使用STC12C5A60S2自帶的10位AD轉換接口，即其精度為1／(210-1)。
對于光照強度檢測，經信號調理電路后的輸出電壓為0～3V，相應的光照強度為0～2500lux，假設AD轉換后的值為A，則此時對應的光照強度為E，如式(5)。

化簡得：E=(12500×A)／3069。因此，通過程序編寫可以實現對光照強度的檢測。

4 結論
設計了基于STC12C5A60S2的多功能測量系統，通過理論分析與實際電路焊接以及相關程序的編寫，設計出了實物。通過測試實現了溫濕度檢測、CO2濃度檢測、室內照度檢測、時鐘顯示的功能。實驗結果良好，測量精度在實際計算誤差范圍內。