基于STC12C5A60S2的多功能测量系统设计

硅光电池测光强的原理是光生伏特效应，即它是一种直接把光能转化成电能的半导体器件，由硅光电池的特性曲线可知，光伏电池输出电流比输出电压的线性性要好，因此在此检测其电流特性。由实验测试可得室内的光照强度一般为0～2500lux，此时硅光电池的输出电流在0～0．15mA左右，在硅光电池两端并联一个100 Ω电阻，可得此时的输出电压在0～15mV左右。
为了将小信号调理为可以适合单片机处理的信号，对小信号进行放大滤波处理。首先对小信号进行放大处理，这里采用高输入阻抗的差分放大器。其次，放大器输出的信号经过二阶有源低通滤波器。最后信号进入单片机的AD口。信号调理电路如图4所示。

(1)差放大电路
因为电路中R3=R4，R6=R8=R7=R9，故可导出两级差模总增益为：

通常，第一级增益要尽量高，第二级增益一般为1～2倍，这里第一级选择100倍，第二级为1倍。则取R6=R7=R8=R9=10KΩ，要求匹配性好，一般用金属膜精密电阻，阻值可在10KΩ几百KΩ间选择。则

先定R5，通常在1～10kΩ内，这里取R5=1k Ω，则可由上式求得R3=99R1=49．5 kΩ。
取标称值51kΩ。通常R1和R2不要超过R5／2，这里选R1=R2=510Ω，用于保护运放输入级。
A1和A2应选用低温飘、高KCMRR的运放，性能一致性要好。
(2)有源低通滤波电路
由于滤波电路的输入输出信号为直流信号，因此在计算时选取的截止频率为3Hz。滤波电容C1=C2=1 μF。

由式(3)(4)可得R=53078 Ω，A0=2，所以在此取R10=R11=51k。
信号经过信号调理电路后实际放大倍数A=200。而对于CO2传感器，根据输入信号的不同，选择合适R3、R4，其信号调理电路的增益为80。
2．2．3 时钟模块
本设计选用美国Dallas公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片DS1302，芯片采用SPI三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。

工作电压宽达2．5～5．5V。采用双电源供电(主电源和备用电源)，可设置备用电源充电方式，提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。电路连接如图5所示。

3 软件设计
3．1 软件系统设计
该系统软件主要包括两部分：数据采集和数据显示。当系统上电之后，系统首先进行初始化；然后判断标志位确定当前是否进行时钟设置，如果是，则通过按键调节时钟，如果否，则采集所有数据并进行相应处理；最后将采集来的数据通过LCD显示出来。系统程序框图如图6所示。

3．2 部分检测软件设计
对于光照强度检测和CO2浓度检测，存在模拟量向数字量的转化，因此需要考虑AD转换器的精度，为了得到较准确的检测值，在此使用STC12C5A60S2自带的10位AD转换接口，即其精度为1／(210-1)。
对于光照强度检测，经信号调理电路后的输出电压为0～3V，相应的光照强度为0～2500lux，假设AD转换后的值为A，则此时对应的光照强度为E，如式(5)。

化简得：E=(12500×A)／3069。因此，通过程序编写可以实现对光照强度的检测。

4 结论
设计了基于STC12C5A60S2的多功能测量系统，通过理论分析与实际电路焊接以及相关程序的编写，设计出了实物。通过测试实现了温湿度检测、CO2浓度检测、室内照度检测、时钟显示的功能。实验结果良好，测量精度在实际计算误差范围内。